徐平坤

以前，從煉鋼工藝的（de）角度研究提高（gāo）鋼的（de）純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材料對鋼水的淨化作用，總是認（rèn）為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質（zhì））耐火材料的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（néng）淨化鋼水，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（zhì）耐火材料主要包括（kuò）白雲石（shí）質（zhì）耐火材料、鎂白雲（yún）石質耐火材料、鎂鈣質（zhì）耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指（zhǐ）全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或（huò）不定形耐火材（cái）料；鎂白雲石和鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材（cái）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（hé）抗水（shuǐ）化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔（róng）渣的能（néng）力越強，高溫（wēn）蠕（rú）變越大，抗剝落性能和脫（tuō）硫、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（gōng）設（shè）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）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜（zá）質及夾雜物以及脫氣、調整化學（xué）成分和均（jun1）勻（yún）化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉移（yí）到爐渣中（zhōng），具有除去雜質、淨化（huà）鋼水的功能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂（měi）鈣質耐火材料也適合用於（yú）冶煉低（dī）氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊鋼等設備的耐火（huǒ）材料。近年來，為（wéi）了淨（jìng）化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質（zhì）耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的（de）結果。

MgO在真空條（tiáo）件下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩（mó）爾分數）就可使MgO相對揮發性（xìng）大大降（jiàng）低。因此，MgO質材料中加入（rù）一（yī）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（zhì）耐火材料更合（hé）適。

鋼（gāng）水中的脫S反應（yīng）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（qiě）鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，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，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利（lì）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（liàng）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（rè）震穩定性（xìng）高（gāo）、抗（kàng）渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中（zhōng）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（tòu）。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐（nài）火材料的水分及有機（jī）添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤（kǎo），充分排除其中的水分，就不（bú）存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料（liào）對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光（guāng）等人（rén）認為（wéi）MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓（yā），在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效（xiào）材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人（rén）試驗研（yán）究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢（jiǎn）驗（yàn）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（bāo）獲得有（yǒu）效（xiào）的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很（hěn）必要的，這樣一方麵可（kě）以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避（bì）免（miǎn）強還（hái）原條件（jiàn）下鋼包渣（zhā）導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影（yǐng）響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響（xiǎng）。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（jìn）一步提高CaO含量，鋼中P含（hán）量（liàng）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（gāng）水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼（gāng）水僅（jǐn）發生輕微（wēi）增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以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（lián）鑄過程中，鋼（gāng）包和中間包係統中使用保護套管保（bǎo）護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能（néng）有效地降（jiàng）低鋼水的吸H量。

耐（nài）火材料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳統耐火材料N含量很低，近（jìn）年來氮化物在（zài）耐火材料（liào）中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼（gāng）包與中間包之間，保護套管（guǎn）非常重要，連鑄的增N點就（jiù）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的影響：田（tián）琳等人研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對（duì）管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去（qù）除鋼水中的夾雜物，其餘的（de）堿（jiǎn）性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火材料中的CaO反（fǎn）應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼（gāng）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（wù）被吸附鎂鈣質耐（nài）火材料表麵，形成保護層（céng），或者從鎂鈣質耐火材料表麵上（shàng）剝落下來上（shàng）浮至保護渣層中；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。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人（rén）采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結（jié）果（guǒ）得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較（jiào）強。燒成白（bái）雲（yún）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（gāo）堿度（dù）渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）性明顯好於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕能（néng）力好於CaO含量低（dī）的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度（dù）熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作（zuò）用（yòng）析出C3S，使材料表層致密化而有（yǒu）效抑製熔渣的滲透。低（dī）堿度熔渣具（jù）有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔（róng）渣對基質的（de）強溶蝕並滲透作用。

唐山鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕（shí）的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣磚種類（lèi）複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更（gèng）好（hǎo）的（de）真空穩定性、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（kàng）剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗（kàng）剝落性能越強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用（yòng）煉鋼轉爐的初期（qī）渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進（jìn）行實驗。實驗結果表明：初（chū）期渣MgO—C磚蝕（shí）損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生結構剝落，蝕損（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是（shì）因為在磚的界麵上產生了（le）C2S保護層（céng）；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕損率反而（ér）分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣（zhā）中∑FeO溶解，所以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白（bái）雲石碳磚（zhuān）高溫抗氧化性和熱震穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫（tuō）P等，適合冶（yě）煉鋼的（de）電爐爐襯。

白雲石質耐火材料（liào）對潔淨鋼的影響

潔淨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（gāng）水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙（wū）染，唯有白雲石質（zhì）即鎂（měi）鈣質耐火材料能淨化鋼（gāng）水，除（chú）去（qù）鋼中的非金屬（shǔ）夾（jiá）雜物（wù），而且不汙染（rǎn）環境。