徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨（jìng）化作用（yòng），總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水（shuǐ）產生（shēng）汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料（liào）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，反而能淨化鋼（gāng）水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包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，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材（cái）料主（zhǔ）要包括白雲石質耐火材料、鎂（měi）白雲（yún）石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中（zhōng），白雲石質耐火（huǒ）材料是指全（quán）部用煆燒或電熔的白雲石做原料（liào）的定型或不定形（xíng）耐火（huǒ）材料（liào）；鎂白（bái）雲石（shí）和鎂鈣質耐火材料是用（yòng）鎂石與白雲石合成（chéng）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SiO2熔（róng）渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和（hé）脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的（de）性（xìng）能越（yuè）差。因此，應該（gāi）根據爐外精（jīng）煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選（xuǎn）擇鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精（jīng）煉除（chú）去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化（huà）學成分和均勻化等。鎂鈣質（zhì）耐火材料中的遊離CaO，易與鋼（gāng）水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣（zhā）中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也（yě）適合用於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長（zhǎng）爐襯（chèn）壽命、降低耐火材料消（xiāo）耗（hào），研（yán）究人員對白雲石質耐火材料進（jìn）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發，而CaO對MgO的揮發性（xìng）是有影響的，含有10%～20%CaO（摩（mó）爾分數）就可使MgO相（xiàng）對揮（huī）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（cái）料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火（huǒ）材料（liào）更（gèng）合適。

鋼水中的（de）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（zhōng）溶解的O含量（liàng）盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料（liào），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（de）氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設備（bèi）應該選用（yòng）鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用（yòng）CaO含量高即堿度高的熔渣有利（lì）脫P，因此，用CaO含（hán）量高的鎂鈣質耐火材料同樣（yàng）也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料（liào）的熱震穩定性高、抗渣（zhā）滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲（shèn）入（rù）會與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）熔渣（zhā）的滲透。

關於H含量的問題，采用真（zhēn）空精煉，其H主要來自熔（róng）渣或精煉設備內（nèi）襯耐火材料的水分及有（yǒu）機添加物。熱力學分析認為：要在（zài）1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料（liào）對（duì）鋼水性能（néng）的影響

耐火材料對鋼中氧含量（liàng）的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱（rè）力學穩（wěn）定性高，具有很低的（de）氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效（xiào）材料。

耐火材料對鋼中（zhōng）S的影響：田琳等人（rén）試（shì）驗（yàn）研究（jiū）鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中（zhōng）S的反應，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（shí），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（xiàng）。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使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鋼（gāng）包（bāo）內襯的再氧化能（néng）力（lì），另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣（zhā）導（dǎo）致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含（hán）量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注料對鋼中（zhōng）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含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含（hán）量，鋼中（zhōng）P含量僅有小幅度降（jiàng）低。

耐火材料對鋼水碳含（hán）量的影響：實驗表（biǎo）明，使用含（hán）C耐火材料，鋼水顯著（zhe）增C，當同一製品第二次使用時，鋼水（shuǐ）僅發生輕微增C。

耐（nài）火材料對鋼中H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火材（cái）料中的水分以及其（qí）中的有機粘結劑會對鋼水中的H含（hán）量產生顯著影響。連（lián）鑄過（guò）程中，鋼包（bāo）和中間包係統中使用（yòng）保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸（xī）H。對鋼包、中間包烘烤（kǎo），能有效（xiào）地降低鋼水的吸H量。

耐火（huǒ）材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近（jìn）年來氮化物在耐火材（cái）料中應用受到（dào）關注，如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造成增N。更大（dà）的增（zēng）N量在鋼包與中間包之（zhī）間，保護（hù）套管非常重（chóng）要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增（zēng）N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中（zhōng）夾雜物的影響：田琳等人研（yán）究了鎂鈣、鎂（měi）鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔（jié）淨化的（de）影響，實（shí）驗表明：在反應30min的情況下（xià），隻有鎂鈣質耐火材料（liào）能去除鋼水中的夾（jiá）雜（zá）物，其餘（yú）的堿性耐（nài）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（yīng），如CaO與（yǔ）Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除（chú）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（gāo）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（shàng）剝（bāo）落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣（gài）質耐（nài）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（nài）火材料的抗侵蝕性（xìng）能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶（yě）煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量（liàng）高的（de）白（bái）雲（yún）石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能力比較強。燒成白雲石（shí）磚基質部分致密程度高，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（lú）渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣（zhā）嚴重得多。相對而言，燒成（chéng）的鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度（dù）渣（zhā）侵蝕性（xìng）明顯好（hǎo）於不燒（shāo）鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣（gài）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（jù）有良好（hǎo）的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力（lì），這是因為渣與鎂鈣材料作用析出（chū）C3S，使材料表層致密化而有效（xiào）抑製熔渣的滲（shèn）透。低（dī）堿度（dù）熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣（zhā）對基質的（de）強溶蝕並滲透作用。

曲靖鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣磚種類複雜。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（de）性能同時取決於CaO及C的（de）含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵（qīn）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（liàn）鋼轉爐的初期渣（zhā）、中期（qī）渣和終期渣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磚蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產（chǎn）生了C2S保（bǎo）護層；可是中期渣和終期（qī）渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比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（jié）果表明鎂白雲石碳（tàn）磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力（lì）強；而且磚中（zhōng）的（de）CaO有利（lì）於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼（gāng）的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨（jìng）鋼的影（yǐng）響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬夾雜物不（bú）僅數量少，而且尺寸很小和形態得到（dào）控製，合金元素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程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料（liào）對鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有白雲石（shí）質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中（zhōng）的非金（jīn）屬夾雜物，而且不汙染環境。