徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火（huǒ）材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲（yún）石（shí）質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂（měi）鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也（yě）不（bú）汙染環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包（bāo）等爐外精煉（liàn）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（liào），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（gài）質耐（nài）火（huǒ）材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或（huò）電（diàn）熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料是用鎂（měi）石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和（hé）抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能（néng）力（lì）越強，高溫蠕變越大（dà），抗剝落性能（néng）和脫硫、脫（tuō）磷的效（xiào）果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該（gāi）根據（jù）爐外精煉等（děng）熱工設備的不同部位使用（yòng）條件，合理選擇鎂鈣質耐（nài）火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼（gāng）水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元（yuán）素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要（yào）爐外精煉除去鋼中（zhōng）雜質及夾（jiá）雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料（liào）中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜（zá）質反應，使其轉移到爐渣中，具（jù）有（yǒu）除去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）也適合用（yòng）於冶煉低氧鋼，是爐（lú）外（wài）精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火（huǒ）材料。近年來，為了淨化鋼水、延長（zhǎng）爐襯壽命、降低（dī）耐火材料（liào）消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，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（xìng）是有影響的（de），含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質（zhì）耐火（huǒ）材料，在高溫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（yīng）中，要使鋼水S含（hán）量低，熔渣必（bì）須是CaO含量高的高堿度（dù）渣，並（bìng）且鋼水中溶解的O含量（liàng）盡可能要低。要使O含量低，就要選擇（zé）氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解（jiě）度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精（jīng）煉設備應該選用鎂鈣質（zhì）耐火材料。溫（wēn）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CaO含量高的鎂鈣質耐火材（cái）料同樣也有利脫（tuō）P。

鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的（de）CaO反（fǎn）應生成高熔點（diǎn）化（huà）合物C2S或C3S,形成保（bǎo）護層，從而抑製熔渣的（de）滲透。

關於H含量的（de）問（wèn）題，采用真空精煉，其H主要（yào）來自熔渣或精煉設（shè）備內襯耐火材料的水分及（jí）有（yǒu）機（jī）添（tiān）加物。熱力學分析認為：要（yào）在（zài）1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題（tí）。

鎂鈣質耐火材料對（duì）鋼（gāng）水性能的影（yǐng）響

耐火材料對鋼中氧含量的影（yǐng）響：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧（yǎng）平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被（bèi）認為是防（fáng）止（zhǐ）鋼水（shuǐ）增氧的有效材料。

耐火材料對（duì）鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼（gāng）水中S的反應，檢驗鎂（měi）鈣（gài）質耐火材（cái）料的脫S效果（guǒ）。結（jié）果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效（xiào）果（guǒ）更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的（de）脫S效果，使用白雲（yún）石質（zhì）鋼（gāng）包內襯是（shì）很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧（yǎng）化（huà）能力，另一方（fāng）麵可以避免強還原條件下鋼包（bāo）渣導致耐火材料（liào）的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質澆注料對鋼中（zhōng）P含量的影響。實驗結果表明（míng）：當澆注料（liào）中w（CaO）為（wéi）25%時，鋼中P含量大幅度（dù）降（jiàng）低，由原始的（de）0.1%降（jiàng）低到0.01%，進一（yī）步提高CaO含量，鋼中（zhōng）P含量僅有小幅度降低（dī）。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一（yī）製品第二次使用時，鋼水僅發生（shēng）輕微增C。

耐火材料（liào）對鋼中H(氫)含量（liàng）的（de）影響：耐火材料中的水分（fèn）以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中（zhōng）使（shǐ）用保護套管（guǎn）保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐（nài）火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年（nián）來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造（zào）成增N。更大的增N量在（zài）鋼包與中間包（bāo）之間，保護（hù）套管非（fēi）常重要，連鑄的增N點就是長水（shuǐ）口保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐（nài）火材料對鋼（gāng）水中夾雜物的影響：田琳等人研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂（měi）鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物（wù），其餘的堿（jiǎn）性耐火材（cái）料均使鋼水夾雜（zá）物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點（diǎn）約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形成保護層（céng），或者從鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵上剝落下來上浮至保護渣層（céng）中；在鎂（měi）鈣質耐火材料中的活性CaO含（hán）量越高（gāo），吸（xī）附鋼水中夾雜物的能（néng）力越強。

鎂鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態（tài）坩（gān）堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂（měi）鈣磚的抗（kàng）渣性。試驗結果（guǒ）得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能（néng）力比較強（qiáng）。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗（kàng）高堿度渣（zhā）侵蝕性。堿（jiǎn）度較低的VOD爐渣對（duì）三種（zhǒng）磚的侵蝕和滲（shèn）透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不（bú）燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含（hán）量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵（dǐ）抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑（yì）製熔渣（zhā）的（de）滲（shèn）透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲（shèn）透（tòu）能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

肇慶鎂磚之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（fù）雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）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（hǎo），淨化鋼水的效果也越好；C含量（liàng）越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗（kàng）侵蝕（shí）研究：崔淑賢（xián）等人（rén）采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和（hé）終期渣分別對鎂鈣（gài）碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。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磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上（shàng）產生了C2S保護層；可是中期（qī）渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率（lǜ）反而分別比（bǐ）MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因為其（qí）在高溫中及被（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（biǎo）明鎂白雲石碳磚（zhuān）高溫抗（kàng）氧化性和熱震穩（wěn）定（dìng）性好，抗酸性熔渣能（néng）力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫（tuō）P等，適合冶煉鋼的電（diàn）爐爐襯。

白雲石質耐火（huǒ）材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常（cháng）少，非金屬夾雜物不僅數（shù）量少，而且尺寸（cùn）很小和形態（tài）得到控製，合金元素成分精準並（bìng）且（qiě）分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的（de）整個過（guò）程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對（duì）鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲（yún）石質即（jí）鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而（ér）且不（bú）汙染環（huán）境。