徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼（gāng）工藝的角度研究提高鋼（gāng）的純淨度，沒有考慮與（yǔ）鋼水直接接觸的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對鋼水產（chǎn）生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的（de）理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反（fǎn）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（wài）精（jīng）煉裝置中應用日益（yì）增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（shí）（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後（hòu）的理論（lùn）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（liào）主要包括白（bái）雲石質耐火（huǒ）材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中（zhōng），白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或（huò）電（diàn）熔的（de）白雲石做原料的定型（xíng）或不定形耐火材料；鎂白雲石和（hé）鎂鈣質耐火材（cái）料是用鎂石與白（bái）雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化（huà）影響鎂鈣質製品的高溫使（shǐ）用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水化能力（lì）越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高溫蠕變越大，抗（kàng）剝落（luò）性能和脫硫、脫磷的效果越（yuè）好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越差。因（yīn）此，應（yīng）該根據爐外精煉等（děng）熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石（shí）質耐火材料對淨化鋼水作用（yòng）的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量（liàng）要（yào）求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫（tuō）氣、調整（zhěng）化學（xué）成分和（hé）均勻化等。鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料中的遊離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜質反應，使其轉移（yí）到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧（yǎng）勢很（hěn）低，鎂鈣質耐火材料（liào）也（yě）適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精（jīng）煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼（gāng）等設備的耐火材料。近（jìn）年來，為了淨化鋼水、延（yán）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（liào）進行了許多（duō）試驗研究，取得了很好的結（jié）果。

MgO在（zài）真空條件下容易揮發（fā），而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含（hán）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質耐火材料，在高溫真空（kōng）條件下使用比純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，熔渣必須（xū）是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解（jiě）的O含量盡可能要低（dī）。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（xià）以（yǐ）氣態存在，在鋼水中的溶（róng）解度很小，而CaO的氧勢也很（hěn）小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐（nài）火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高（gāo）即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用（yòng）CaO含量高的（de）鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料同樣也有利脫（tuō）P。

鎂鈣質耐火材料（liào）的熱（rè）震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或（huò）精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學（xué）分析認（rèn）為：要在1200℃下長期烘烤（kǎo），充分排除其中的水分，就（jiù）不存在（zài）鋼水中氫（H）含量增（zēng）高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含（hán）量（liàng）的影響：王（wáng）龍光（guāng）等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡（héng）分壓，在鋼水中的溶解（jiě）度很小，被認為是防止鋼水（shuǐ）增氧的（de）有效材料。

耐火材料對（duì）鋼中S的影響（xiǎng）：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明（míng）：在1600℃下，反應45min時，脫S效（xiào）果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼（gāng）包內襯是很必要的（de），這樣一方麵可以盡可（kě）能降低鋼（gāng）包內襯的再氧化（huà）能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材（cái）料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影（yǐng）響：匡加才研（yán）究MgO—CaO質澆（jiāo）注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表（biǎo）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（de）0.1%降低到0.01%，進一步（bù）提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐（nài）火材料對鋼水（shuǐ）碳含（hán）量的影響：實（shí）驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生（shēng）輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的（de）影響：耐火材料中的水分以及（jí）其中的有（yǒu）機粘結劑會對鋼（gāng）水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係（xì）統中使用（yòng）保（bǎo）護套管保（bǎo）護（hù）主流時，有機粘結劑（jì）導（dǎo）致吸H。對鋼包、中（zhōng）間包烘（hōng）烤，能有效地降低鋼（gāng）水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低（dī），近（jìn）年來氮化物在（zài）耐火材料中應（yīng）用受到（dào）關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量（liàng）在鋼（gāng）包與中間（jiān）包之間，保護套管非常重要，連鑄的增（zēng）N點就是長水口保護，此（cǐ）處增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中（zhōng）夾雜物的影響：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30min的情（qíng）況下，隻有鎂鈣質（zhì）耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼（gāng）水夾雜物數量增加。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（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約（yuē）為1400℃左（zuǒ）右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成（chéng）C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣)高熔點化合物被吸附（fù）鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從（cóng）鎂鈣（gài）質耐火材料表麵上剝落（luò）下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料（liào）中（zhōng）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（guō）法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試（shì）驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗（kàng）高（gāo）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致密程度高，較（jiào）不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（gāo）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燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕（shí）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（huà）而有效抑（yì）製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是（shì）熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲（shèn）透作用。

東麗鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。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空（kōng）穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於（yú）CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落（luò）性能越好，淨（jìng）化鋼水的效（xiào）果也越好（hǎo）；C含量越高，抗渣（zhā）侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑（shū）賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對（duì）鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進行實驗。實驗結果表明：初（chū）期渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）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磚的侵蝕較（jiào）輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是（shì）中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因（yīn）為其在高溫中及被渣（zhā）中∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚（zhuān）侵蝕（shí）嚴重。

孫惠章等（děng）人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫（wēn）抗氧化（huà）性和熱震穩定（dìng）性好，抗酸性熔渣（zhā）能力強；而且磚中的CaO有利（lì）於（yú）鋼水（shuǐ）的脫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（de）影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量（liàng）非（fēi）常少，非金屬夾（jiá）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（pǐn）質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料（liào）始終與鋼水接觸（chù），一般耐火材料對鋼水或多或（huò）少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質（zhì）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。