徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度（dù）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）材料對鋼水（shuǐ）的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼（gāng）水產生汙染。可是（shì）通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理（lǐ）論研究和（hé）實際試驗，得出鎂鈣質材料不（bú）但不汙染鋼（gāng）水，反而能淨化鋼水，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（yún）石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂（měi）鈣質耐火材料主要包（bāo）括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材（cái）料。

其中，白雲石質耐火材料（liào）是指全部用煆（duàn）燒或電熔的白雲石做原（yuán）料的定型或（huò）不定形耐火材（cái）料；鎂（měi）白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響（xiǎng）鎂鈣質製品（pǐn）的高（gāo）溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高（gāo）SiO2熔渣的能（néng）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（dàn）抗（kàng）水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性（xìng）能越差。因此，應該根（gēn）據爐外精煉等熱工設備（bèi）的不同部位使（shǐ）用條件，合理（lǐ）選擇鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）火（huǒ）材料對（duì）淨化鋼水作用（yòng）的影響

潔淨鋼（gāng）、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，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和（hé）均勻化等。鎂（měi）鈣質耐火材料中的（de）遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜質反應，使其轉移到（dào）爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂鈣（gài）質耐火材料也適（shì）合用於冶煉低氧鋼，是爐外精（jīng）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（chèn）壽命、降低耐火材料消耗，研究人員（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（jié）果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是（shì）有影（yǐng）響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就（jiù）可使MgO相對揮（huī）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（tiáo）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（róng）渣必須是（shì）CaO含量高的（de）高堿度渣，並且鋼水中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇（zé）氧（yǎng）勢盡可能低的耐火材（cái）料，Mg與Ca在高溫下以氣態（tài）存在，在（zài）鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該（gāi）選用鎂鈣質耐火材料。溫度（dù）升高（gāo）不利於脫P，但（dàn）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（zhì）耐火材料（liào）同樣也有利（lì）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滲入會與MgO-CaO耐火材（cái）料中（zhōng）的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層（céng），從而抑製熔（róng）渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精（jīng）煉，其H主要（yào）來自熔渣或（huò）精（jīng）煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力（lì）學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的（de）水分，就不存在鋼（gāng）水中氫（H）含量增高問題。

鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料對鋼水性（xìng）能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍（lóng）光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱（rè）力學穩定性高，具有很低的氧平衡（héng）分（fèn）壓，在（zài）鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的（de）有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中S的反（fǎn）應，檢（jiǎn）驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結（jié）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。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫S效果，使用白雲石質鋼包（bāo）內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼（gāng）包內襯的（de）再氧化能力（lì），另一方麵可以避免強還原條件（jiàn）下鋼包渣（zhā）導致耐火（huǒ）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（jiū）MgO—CaO質澆注料對（duì）鋼（gāng）中P含量（liàng）的影響。實驗結果表明：當澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時，鋼中P含（hán）量大幅度（dù）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（fú）度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表（biǎo）明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品（pǐn）第（dì）二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐（nài）火材料（liào）對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其（qí）中（zhōng）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使用保（bǎo）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（gāng）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（shòu）到（dào）關注，如（rú）Sialon分解對（duì）鋼水（shuǐ）造成增N。更大的增N量在鋼（gāng）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（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜（zá）物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火（huǒ）材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在（zài）反應30min的情況下，隻有鎂鈣（gài）質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性（xìng）耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可（kě）與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生（shēng）成Ca12Al4O3的（de）複合化合物，熔點約為1400℃左右，可（kě）有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合（hé）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（luò）下來上浮至保護渣層中（zhōng）；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（zhì）耐火材料的抗侵蝕性能：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。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕和（hé）滲透能力（lì）比（bǐ）較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度（dù）高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣（zhā）侵蝕性。堿度較低的VOD爐（lú）渣（zhā）對三種磚的侵（qīn）蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）性明顯好於（yú）不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂（měi）鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣（zhā）侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材料具有（yǒu）良好的抵抗高堿度熔渣的（de）侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使（shǐ）材料表（biǎo）層致密化而有（yǒu）效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的（de）侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基（jī）質的強溶蝕（shí）並滲透作用。

青島鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的（de）研究

鎂鈣碳磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具（jù）備鎂鈣磚的特性（xìng）外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好的真（zhēn）空穩定性、抗熱震（zhèn）性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含（hán）量越高，抗剝落性（xìng）能（néng）越好，淨化鋼水的效果也越（yuè）好；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）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（qī）渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕較（jiào）輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可（kě）是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）中及被渣（zhā）中（zhōng）∑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（míng）鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱（rè）震穩定性好，抗酸（suān）性熔渣能力（lì）強；而且磚（zhuān）中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的（de）電爐爐（lú）襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨（jìng）鋼係指鋼中有害成分（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（hé）形態得到控製，合金元（yuán）素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的（de）整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙（wū）染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物（wù），而且不汙染環境。