徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度（dù），沒有（yǒu）考慮與鋼水直接接觸的耐火材（cái）料對鋼水的淨化作用，總是（shì）認為耐火材料或多或少地（dì）會對（duì）鋼水產生（shēng）汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質（zhì））耐火（huǒ）材料的理論研究和實（shí）際試驗，得出（chū）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（jīng）煉鋼包等爐外精（jīng）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（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原（yuán）料，煆燒後的理論組成為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火材料（liào）主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質（zhì）耐火材料。

其（qí）中，白雲石（shí）質（zhì）耐火材料是指全部用煆燒或電熔（róng）的白雲石做原料（liào）的定型或不定形耐火材（cái）料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石（shí）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FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高（gāo）SiO2熔渣的（de）能力越強，高（gāo）溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫（tuō）磷的效果越好，但抗（kàng）水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的（de）不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼水作（zuò）用的影響

潔（jié）淨鋼（gāng）、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含量要求嚴格，需要（yào）爐（lú）外精煉除去鋼中雜質（zhì）及夾雜物以（yǐ）及（jí）脫氣、調整化（huà）學成分和（hé）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（zhì）反應，使其轉移到爐（lú）渣中，具有除去雜質、淨化（huà）鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣（gài）質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐（lú）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、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗（hào），研究人員對（duì）白雲石質耐火材料進行了許多試驗研（yán）究，取得了（le）很好的（de）結果（guǒ）。

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相對揮發性大大降低。因（yīn）此，MgO質材料（liào）中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用（yòng）比純MgO質耐火材料更合適。

鋼（gāng）水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低（dī），熔渣必須是CaO含量（liàng）高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要（yào）選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下以氣態存在，在鋼水中的溶（róng）解度很小，而CaO的（de）氧勢也很小，因此，精煉設備應（yīng）該選用鎂鈣質耐火材料（liào）。溫度升（shēng）高不利於脫P，但鋼（gāng）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（cái）料同（tóng）樣也有利脫P。

鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材（cái）料的熱震穩定性高、抗渣（zhā）滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐火材料中的（de）CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層（céng），從（cóng）而抑製熔（róng）渣的（de）滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備（bèi）內襯耐火材料（liào）的水分及（jí）有（yǒu）機添加物。熱力學分析認為（wéi）：要在（zài）1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充分排除其中的水分（fèn），就不存在鋼水中氫（H）含量（liàng）增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼（gāng）中（zhōng）氧含（hán）量的影響（xiǎng）：王（wáng）龍光等人認為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水（shuǐ）中的溶解（jiě）度很小，被認為（wéi）是防止鋼水增氧的有（yǒu）效材料。

耐（nài）火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂（měi）鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反（fǎn）應（yīng），檢驗鎂鈣（gài）質耐火材料的脫S效果。結果表明（míng）：在1600℃下，反應45min時（shí），脫S效（xiào）果更好，脫S率達70.12%；超過（guò）45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使（shǐ）用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低（dī）鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼（gāng）包渣（zhā）導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度（dù）降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步（bù）提高CaO含（hán）量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對（duì）鋼（gāng）水（shuǐ）碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增（zēng）C，當（dāng）同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含（hán）量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯（xiǎn）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，有機粘結劑導致吸H。對鋼（gāng）包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量（liàng）的影響：傳（chuán）統耐火材料N含量很低，近年來氮（dàn）化物在（zài）耐火材料中應用受（shòu）到關（guān）注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中（zhōng）間包之間，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（wù）的影響：田琳等人研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨（jìng）化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材（cái）料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均（jun1）使鋼水夾雜物（wù）數量（liàng）增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與鎂鈣（gài）耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應（yīng）生成Ca12Al4O3的（de）複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）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表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料中的活性CaO含（hán）量越高，吸附鋼水中夾雜物的能（néng）力越強。

鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出（chū），CaO含量高的白雲石（shí）磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透（tòu）能力比較強。燒成白雲石磚基（jī）質部分致密程度高，較（jiào）不燒白雲石磚具（jù）有更好（hǎo）的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低（dī）的VOD爐渣（zhā）對三種磚的侵蝕和滲透比（bǐ）高堿度渣嚴重得多。相（xiàng）對而言，燒成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明顯好於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂（měi）鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕能（néng）力好於CaO含量低的（de）鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材料具有良好的（de）抵抗高堿（jiǎn）度熔渣的侵蝕和滲（shèn）透能（néng）力，這（zhè）是因為（wéi）渣與鎂鈣材料作用析（xī）出C3S，使（shǐ）材料表層致密（mì）化而（ér）有（yǒu）效抑製熔渣的滲透。低堿度熔（róng）渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對（duì）基質的強溶蝕並滲透作用。

包頭鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚（zhuān）主（zhǔ）要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚種類複雜。除（chú）具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高（gāo），抗剝落性能越好，淨（jìng）化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強（qiáng）。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑（shū）賢等人采用煉鋼轉爐的初（chū）期渣（zhā）、中期渣和終期渣分別（bié）對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗（yàn）結果表明：初期（qī）渣MgO—C磚蝕損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因（yīn）為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕較輕，是因為（wéi）在磚的界麵上產生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被（bèi）渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重。

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

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影（yǐng）響

潔淨鋼係指鋼中有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態（tài）得到控製，合金元素（sù）成分精準並且分布均（jun1）勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水（shuǐ）從冶煉到精煉的整個過（guò）程中，耐火材料始終與鋼水接（jiē）觸，一（yī）般耐火（huǒ）材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有白雲石質即（jí）鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料能（néng）淨（jìng）化鋼水，除去鋼中的非金屬（shǔ）夾雜（zá）物，而且不汙染環境。