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（shuǐ）直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作（zuò）用，總是認為耐火（huǒ）材料或多（duō）或少地會對鋼水產（chǎn）生汙染。可是通過對（duì）白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理（lǐ）論（lùn）研究和實際試驗，得出鎂（měi）鈣（gài）質材料不但不汙染鋼水，反（fǎn）而能淨化鋼水，並且也不（bú）汙（wū）染環境，在AOD、VOD、精（jīng）煉（liàn）鋼包等爐外（wài）精煉裝置中應用（yòng）日益（yì）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（shāo）後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲（yún）石質（zhì）耐火材料、鎂白雲石質（zhì）耐火材料、鎂鈣質耐火材料（liào）。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用（yòng）鎂石與白雲石（shí）合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的（de）高溫使用性（xìng）能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和抗水化能力越強；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗（kàng）水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差。因此，應該根（gēn）據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條（tiáo）件，合理選擇（zé）鎂鈣質耐火材（cái）料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響（xiǎng）

潔淨鋼、特殊鋼（gāng）等對（duì）鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要（yào）求嚴（yán）格，需要（yào）爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均（jun1）勻化等（děng）。鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能（néng）。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐（nài）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（rén）員對（duì）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（guǒ）。

MgO在真空（kōng）條件下容易（yì）揮發，而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）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（zhì）材料中加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水（shuǐ）S含量低，熔渣（zhā）必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量（liàng）低，就要選擇氧勢盡可（kě）能低的耐火材料，Mg與Ca在（zài）高溫下以（yǐ）氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不（bú）利於脫（tuō）P，但鋼包（bāo）中采用（yòng）CaO含量高即堿度高的熔渣有利（lì）脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩（wěn）定性（xìng）高、抗渣滲（shèn）透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火（huǒ）材（cái）料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成（chéng）保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量（liàng）的問題，采用真空精煉，其H主要來自（zì）熔（róng）渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有（yǒu）機（jī）添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下（xià）長（zhǎng）期烘烤，充分排（pái）除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼（gāng）水性能（néng）的影響

耐火材（cái）料對鋼中氧（yǎng）含（hán）量的影響：王龍光（guāng）等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定（dìng）性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，被認為是防止鋼（gāng）水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中（zhōng）S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料（liào）的脫S效果。結果表明（míng）：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出現“回（huí）S”現象。為了使（shǐ）鋼包獲得（dé）有效的脫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（néng）降低鋼包內襯的再氧化（huà）能力，另一方麵可以避免強還（hái）原（yuán）條件下（xià）鋼包渣導致耐火（huǒ）材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的（de）影響：匡加才（cái）研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對（duì）鋼中P含量的影響。實（shí）驗結果（guǒ）表明：當澆注料（liào）中w（CaO）為25%時，鋼中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（gāng）中P含量僅有小（xiǎo）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耐火材料，鋼水顯著增C，當同一（yī）製品第二次使用時，鋼水（shuǐ）僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中（zhōng）的水分以（yǐ）及其中的有機粘結劑會對鋼（gāng）水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中（zhōng）使用保護套管（guǎn）保護主流（liú）時，有（yǒu）機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地（dì）降（jiàng）低鋼水的吸H量。

耐火材（cái）料對（duì）鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料（liào）N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造（zào）成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口（kǒu）保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響（xiǎng）：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質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（yīng）生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點（diǎn）約為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（gài）)高熔點化合物被（bèi）吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保（bǎo）護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中（zhōng）；在鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物（wù）的（de）能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究（jiū）3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的（de）白雲石磚抗（kàng）高堿度的AOD渣侵蝕和滲（shèn）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（shāo）白雲石（shí）磚具有更好的抗高（gāo）堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度較低的VOD爐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，燒成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力（lì）好於CaO含量低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材（cái）料具（jù）有良好的抵抗高堿（jiǎn）度熔渣的侵蝕和滲透（tòu）能力，這是因為渣與鎂（měi）鈣材料作用析（xī）出C3S，使材料表層致密化而有（yǒu）效抑製（zhì）熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強（qiáng）溶蝕並滲透作用。

台州鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及（jí）抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚（zhuān）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（hǎo）的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）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，淨化鋼水的效果也越好；C含（hán）量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能（néng）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（zhā）、中（zhōng）期渣和終期（qī）渣分（fèn）別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的（de）侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因（yīn）為MgO—C磚產（chǎn）生結構剝落，蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層（céng）；可是中期渣和終（zhōng）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%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重。

孫惠章等人研究結（jié）果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣（zhā）能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫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影響

潔淨鋼係指鋼（gāng）中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常（cháng）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，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高（gāo）性能、高品質。在鋼水從冶煉到（dào）精煉的整個過程中，耐火（huǒ）材料始（shǐ）終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣（gài）質耐火材料能淨化鋼（gāng）水，除去鋼中（zhōng）的非金屬夾雜物，而且不（bú）汙染環境。