徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮（lǜ）與鋼水直接接（jiē）觸的耐火（huǒ）材料對鋼水的淨化作（zuò）用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染（rǎn）。可（kě）是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要（yào）包括白（bái）雲石質（zhì）耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其（qí）中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔（róng）的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料（liào）是用鎂（měi）石與白雲石合成（chéng）的耐火材料。MgO、CaO含量的變化（huà）影響鎂鈣質（zhì）製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的（de）能力越強，高溫蠕（rú）變越大（dà），抗剝落性能和脫硫、脫磷的效（xiào）果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等（děng）熱工設備的不同部位使用條件，合（hé）理選（xuǎn）擇（zé）鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼水（shuǐ）作用的影響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要（yào）爐外精煉除（chú）去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣（gài）質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶煉低氧鋼，是（shì）爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延（yán）長爐襯壽命、降低耐火材料（liào）消耗，研究人員對（duì）白雲（yún）石質耐火材料進行（háng）了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響（xiǎng）的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大（dà）降低。因此，MgO質材料（liào）中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材（cái）料，在高（gāo）溫（wēn）真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並（bìng）且鋼水中溶（róng）解的O含量盡可能要低。要使O含量低（dī），就（jiù）要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在（zài）高溫下以氣態存在（zài），在鋼水中的（de）溶解（jiě）度很小（xiǎo），而CaO的氧勢也很小，因此，精（jīng）煉設備應（yīng）該選用鎂鈣質（zhì）耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用（yòng）CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫（tuō）P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是（shì）熔渣中SiO2滲（shèn）入會與MgO-CaO耐火（huǒ）材料中的CaO反應生成高熔點化合物（wù）C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關（guān）於H含量的問題，采用真（zhēn）空精煉，其H主要來自熔渣（zhā）或精煉設備內襯耐火材料的水分（fèn）及有（yǒu）機添加物。熱力學分（fèn）析認為：要在1200℃下長期烘（hōng）烤，充分排除其中（zhōng）的水分，就不存在鋼水中氫（H）含（hán）量（liàng）增高問題。

鎂鈣質耐（nài）火材料對鋼水性能的影響

耐（nài）火材料對鋼中氧含量的影響（xiǎng）：王（wáng）龍光（guāng）等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡（héng）分壓，在鋼水中的（de）溶解（jiě）度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐（nài）火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究（jiū）鎂鈣磚（zhuān）與鋼水中S的反（fǎn）應（yīng），檢驗（yàn）鎂鈣質耐火材料（liào）的（de）脫S效果。結果表明：在1600℃下（xià），反應45min時，脫S效（xiào）果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現（xiàn）象。為了使鋼包（bāo）獲得有效的脫S效果，使（shǐ）用白雲石質鋼（gāng）包內（nèi）襯是很必（bì）要的，這樣一（yī）方麵可以盡可能降低鋼包內襯（chèn）的再氧化（huà）能力，另一（yī）方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火（huǒ）材料的過度消（xiāo）耗。

耐火材料對鋼中P含（hán）量的影響：匡（kuāng）加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注料對鋼中P含量的影響。實（shí）驗結（jié）果表明：當澆注料中（zhōng）w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅（fú）度降（jiàng）低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有（yǒu）小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影（yǐng）響：實驗表明，使用含C耐火（huǒ）材料，鋼水顯著增C，當同一製品（pǐn）第（dì）二（èr）次使用時，鋼水僅發生（shēng）輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火（huǒ）材料中的水分以及其中（zhōng）的有機粘結劑會（huì）對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結（jié）劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水（shuǐ）的（de）吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響（xiǎng）：傳統耐火材（cái）料N含量很低，近年來氮化物在耐火（huǒ）材料中應用受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼水造（zào）成增N。更大的增（zēng）N量在鋼包與中間包之（zhī）間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火材料對管線鋼鋼（gāng）水潔淨（jìng）化的影響，實（shí）驗表明（míng）：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐（nài）火材料均使鋼（gāng）水夾雜物數量（liàng）增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高（gāo）熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形成保護層（céng），或者從鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵上剝落下來上浮至保（bǎo）護渣層（céng）中；在鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不（bú）鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得（dé）出（chū），CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的（de）AOD渣侵蝕和滲透能力（lì）比較（jiào）強。燒成白雲石磚基（jī）質部分致（zhì）密程度（dù）高，較不燒白雲石磚具有更好（hǎo）的抗高堿度渣侵蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐渣對（duì）三種磚的侵蝕和滲透比（bǐ）高堿度渣嚴重得多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於不燒鎂（měi）鈣磚，CaO含量高的（de）燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含（hán）量低的鎂（měi）鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因（yīn）為渣（zhā）與鎂鈣（gài）材料作用析出C3S，使材料表層致密化而（ér）有效抑製熔（róng）渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透（tòu）能力，主要是熔渣對基質的強（qiáng）溶蝕並滲透作用。

漳州鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂鈣磚種類複雜。除具（jù）備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好（hǎo）的真空穩定性、抗熱震性。鎂（měi）鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨（jìng）化鋼水的效果也越（yuè）好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采（cǎi）用煉鋼轉（zhuǎn）爐（lú）的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行（háng）實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生結（jié）構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕較輕（qīng），是（shì）因為在（zài）磚的（de）界麵上產生了C2S保（bǎo）護層；可是中期渣（zhā）和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在（zài）高溫中及被（bèi）渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕（shí）嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔（róng）渣能力強；而且磚（zhuān）中的CaO有利於鋼水的脫O、脫（tuō）S、脫（tuō）P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐（nài）火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有（yǒu）害（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不（bú）僅數量少，而且尺寸很小和形（xíng）態得到控製，合（hé）金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品（pǐn）質（zhì）。在鋼水（shuǐ）從冶煉到精煉（liàn）的整個過程中，耐（nài）火材料始終與鋼水接觸，一般（bān）耐火材料對鋼水或（huò）多或少總有些汙染，唯有白雲石質（zhì）即鎂鈣質耐火（huǒ）材料能淨化（huà）鋼水，除去（qù）鋼中的（de）非金屬夾雜（zá）物，而且不汙染環境。