徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接（jiē）接觸的（de）耐火材料對鋼水的淨（jìng）化作用，總是認為耐火材料或多或少地會（huì）對鋼水產生汙（wū）染。可是通過（guò）對白雲石質（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂（měi）鈣質（zhì）材料不但不汙染鋼（gāng）水，反而能（néng）淨化鋼水，並且也不汙染（rǎn）環（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼包等（děng）爐外精煉裝置中應用日益增加（jiā）。

白雲石與鎂鈣（gài）質耐火材料的特征（zhēng）

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物（wù）原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火（huǒ）材料主要包（bāo）括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣（gài）質耐火材料。

其中，白雲石質耐火（huǒ）材（cái）料是指全部用煆燒或電熔的白（bái）雲（yún）石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂（měi）白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石與白雲石（shí）合成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的變化影響鎂鈣質製品的高溫（wēn）使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣（zhā）的能力越強，高溫蠕變越大（dà），抗剝落性能和脫硫（liú）、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因（yīn）此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條（tiáo）件，合理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水（shuǐ）作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等（děng）對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量（liàng）要求嚴格，需（xū）要爐外精煉除去鋼中雜質及夾（jiá）雜（zá）物以及脫氣、調整化學成分（fèn）和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的遊離CaO，易（yì）與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜質反應，使其轉（zhuǎn）移到爐渣中，具有除去（qù）雜（zá）質、淨化（huà）鋼水（shuǐ）的功能（néng）。由於CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合（hé）用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的（de）耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗，研究人（rén）員（yuán）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（huī）發，而（ér）CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可（kě）使MgO相對揮發（fā）性（xìng）大大降低。因此，MgO質材料中加入一定（dìng）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。

鋼水中（zhōng）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，並且鋼水中溶解的O含（hán）量盡可（kě）能（néng）要低。要使O含量低（dī），就要選擇氧勢盡可能低的耐火材（cái）料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此（cǐ），精煉設備（bèi）應（yīng）該選用鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料。溫度升高（gāo）不利於脫（tuō）P，但鋼包中采用CaO含量高即（jí）堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有（yǒu）利脫P。

鎂鈣質耐火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（huì）與MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製（zhì）熔（róng）渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自（zì）熔渣或精煉設備內襯耐火材（cái）料的水（shuǐ）分及有機添（tiān）加物。熱力學分析認（rèn）為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水（shuǐ）分，就不（bú）存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水（shuǐ）性能的影響

耐火材料對鋼中氧含（hán）量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材料中的CaO熱（rè）力學穩定性高，具（jù）有很低（dī）的（de）氧平衡分壓，在鋼水中的（de）溶（róng）解（jiě）度很小，被（bèi）認為是防止鋼（gāng）水增（zēng）氧的有效材料。

耐火材料（liào）對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗（yàn）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，出現“回S”現象。為了使鋼包獲（huò）得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼（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化能力，另（lìng）一方麵可以避免強還（hái）原條件下鋼包渣導致（zhì）耐火材料的過度消耗。

耐火材料（liào）對鋼（gāng）中P含量的影響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質（zhì）澆注料對（duì）鋼中P含量的影響。實（shí）驗（yàn）結果表明（míng）：當澆注料（liào）中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降（jiàng）低（dī），由原始的0.1%降低到0.01%，進一（yī）步提高CaO含量（liàng），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耐火材（cái）料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次（cì）使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼（gāng）中H(氫)含量的影響（xiǎng）：耐（nài）火（huǒ）材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中（zhōng）的（de）H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼（gāng）包和中間（jiān）包係統中使用保護套管保護主（zhǔ）流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包（bāo）、中（zhōng）間包（bāo）烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳統耐（nài）火材料N含量很低，近（jìn）年來氮化（huà）物（wù）在（zài）耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造成增N。更大的（de）增N量在（zài）鋼包與中間包之間，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（de）影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管（guǎn）線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應（yīng）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（wù），其餘的（de）堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可與鎂鈣（gài）耐火材料中的CaO反（fǎn）應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的（de）複合化（huà）合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去（qù）除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣)高熔點化（huà）合物被吸附鎂（měi）鈣質耐火材料表麵，形成保護層（céng），或者（zhě）從鎂鈣質耐火材料（liào）表麵（miàn）上剝（bāo）落下來（lái）上（shàng）浮至保護渣（zhā）層（céng）中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究（jiū）3種不鏽鋼冶（yě）煉（liàn）用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的（de）白雲石（shí）磚抗高堿度（dù）的AOD渣（zhā）侵蝕和滲透能力比較強（qiáng）。燒成白雲石磚基質部分致密（mì）程度高，較不燒白（bái）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（sān）種磚的侵蝕和（hé）滲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（qīn）蝕性明顯（xiǎn）好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕能力（lì）好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良（liáng）好的抵抗高堿度熔（róng）渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣（gài）材料作用析出C3S，使材料（liào）表（biǎo）層致密化而有效（xiào）抑製熔渣的滲透。低（dī）堿度熔渣（zhā）具（jù）有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透作用（yòng）。

靜安鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕的（de）研究

鎂鈣（gài）碳（tàn）磚（zhuān）主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種（zhǒng）類複雜。除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（de）含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好（hǎo），淨化鋼（gāng）水的（de）效（xiào）果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂（měi）鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣（zhā）分別對鎂鈣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（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生（shēng）結構剝落（luò），蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕較輕，是因為（wéi）在磚的界麵上產生了C2S保（bǎo）護（hù）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0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）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，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的（de）脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非（fēi）常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼（gāng）水從冶煉到精煉的整個過程（chéng）中，耐火（huǒ）材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總（zǒng）有些汙染（rǎn），唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨（jìng）化（huà）鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且（qiě）不汙染環境。