徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨（jìng）度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材料對（duì）鋼水的（de）淨化作用，總是認（rèn）為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（zhì）（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（néng）淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包（bāo）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（gài）質耐火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（nài）火材料。

其中，白雲（yún）石質耐火（huǒ）材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料（liào）的定型或不定形耐（nài）火材料；鎂（měi）白雲（yún）石和鎂鈣質耐（nài）火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含（hán）量的變化影響鎂鈣質製品（pǐn）的高溫使用性能，MgO含量（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化（huà）能力越強；CaO含（hán）量越高，抗（kàng）高（gāo）SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的（de）效果越好，但抗水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差（chà）。因此，應該根據（jù）爐外精煉等熱工設備的不同部位使用（yòng）條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料（liào）對淨化鋼水作用的影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量（liàng）要求嚴格（gé），需要爐外精煉除（chú）去鋼中雜質及夾雜（zá）物以及脫氣、調整化學成分和均（jun1）勻化（huà）等。鎂鈣質耐火材料（liào）中的遊離CaO，易與鋼水中（zhōng）的S、P等雜質反應，使其轉移到（dào）爐渣（zhā）中，具（jù）有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料也適（shì）合用於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等（děng）設備的（de）耐火（huǒ）材料。近（jìn）年來，為（wéi）了淨化鋼水、延（yán）長（zhǎng）爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐（nài）火材料進行了許多試驗研究，取得了很好（hǎo）的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就（jiù）可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材（cái）料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料（liào），在高溫真空（kōng）條件（jiàn）下使用（yòng）比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使（shǐ）鋼水（shuǐ）S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高（gāo）堿（jiǎn）度（dù）渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可（kě）能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢（shì）盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以（yǐ）氣（qì）態存在，在鋼（gāng）水中（zhōng）的溶解度很小，而（ér）CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的（de）熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂（měi）鈣質耐火材料的熱震（zhèn）穩定（dìng）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CaO反應生成高熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護層，從（cóng）而抑製熔渣的滲透。

關於H含量（liàng）的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內（nèi）襯耐火材料的水分及有機添加物。熱（rè）力學分析認為：要在1200℃下（xià）長期烘烤（kǎo），充分排除其中的水（shuǐ）分（fèn），就不存在鋼水（shuǐ）中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐（nài）火材料對鋼中氧含量的（de）影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱（rè）力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓（yā），在鋼水（shuǐ）中（zhōng）的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐（nài）火材料（liào）對鋼中S的（de）影響：田琳等人試驗研究鎂（měi）鈣磚與鋼水中（zhōng）S的反（fǎn）應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低（dī），出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫（tuō）S效果，使用（yòng）白雲石質鋼包內襯是很（hěn）必要的（de），這樣一方麵（miàn）可以盡可能（néng）降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避（bì）免強還原條件下鋼包渣導致（zhì）耐火材料的（de）過度消（xiāo）耗。

耐火（huǒ）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（gāng）中P含（hán）量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐（nài）火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二（èr）次使用時，鋼水僅發生輕微（wēi）增C。

耐火材料（liào）對鋼中（zhōng）H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機（jī）粘結（jié）劑（jì）會對鋼水中的H含（hán）量產生顯著影（yǐng）響。連鑄過程中（zhōng），鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機（jī）粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地（dì）降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳（chuán）統耐火材料N含量很（hěn）低（dī），近年來氮化物在耐火材料中應用（yòng）受到關（guān）注，如（rú）Sialon分解對鋼水造成增N。更大的（de）增N量在鋼包（bāo）與中間包之間，保（bǎo）護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處（chù）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（měi）鉻耐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，隻有鎂鈣質（zhì）耐火材料能去除鋼水中的夾雜（zá）物，其餘的堿性耐火材料（liào）均（jun1）使鋼水夾（jiá）雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可（kě）與鎂鈣耐火材料（liào）中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應（yīng）生成Ca12Al4O3的複合化合物（wù），熔點約（yuē）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（xī）附鎂（měi）鈣質耐火材料表麵（miàn），形成保（bǎo）護層（céng），或（huò）者從鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵上剝落下來（lái）上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越（yuè）高，吸（xī）附鋼水中夾（jiá）雜（zá）物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采（cǎi）用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性。試（shì）驗（yàn）結果得出（chū），CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分（fèn）致密程度高，較不（bú）燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚（zhuān）的侵蝕和滲透比高堿度渣（zhā）嚴重得（dé）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燒鎂鈣磚，CaO含量高的（de）燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣（gài）質材料具有良好（hǎo）的抵抗高堿（jiǎn）度熔渣的侵（qīn）蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材（cái）料作用析出（chū）C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透（tòu）。低堿度熔渣具有較強的（de）侵（qīn）蝕和滲透（tòu）能（néng）力，主要是熔（róng）渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透作（zuò）用。

佳木斯鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成（chéng）鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性（xìng）外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真（zhēn）空穩定性、抗（kàng）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，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也（yě）越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳（tàn）磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期（qī）渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生結構剝落，蝕損最嚴（yán）重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和（hé）終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率（lǜ）反而分別比MgO—C磚高（gāo）0.4%和1.2%，因為其（qí）在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果（guǒ）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（zhā）能力強；而（ér）且磚（zhuān）中的CaO有利於鋼水的脫O、脫（tuō）S、脫P等，適合冶煉（liàn）鋼的電（diàn）爐爐襯。

白（bái）雲石質耐（nài）火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係（xì）指鋼中有（yǒu）害（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量（liàng）少，而且尺寸很小和形（xíng）態得（dé）到控製（zhì），合金元素成分精準並且（qiě）分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到（dào）精（jīng）煉的整個過（guò）程中，耐火材（cái）料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總（zǒng）有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料能淨化鋼（gāng）水，除去鋼中（zhōng）的非金屬夾雜物，而且不（bú）汙染環境（jìng）。