徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提（tí）高（gāo）鋼（gāng）的（de）純淨度，沒有考慮與（yǔ）鋼（gāng）水直接接觸的耐（nài）火材料對鋼（gāng）水的淨化作用，總是認為耐火材（cái）料或（huò）多（duō）或少（shǎo）地（dì）會（huì）對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論（lùn）研究和實際試驗，得（dé）出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且（qiě）也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐（lú）外精煉裝置（zhì）中（zhōng）應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特（tè）征

白（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是（shì）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（wéi）1.93。鎂鈣質耐火材料主要（yào）包括白雲石質耐（nài）火材料、鎂白（bái）雲石質耐（nài）火材料、鎂鈣（gài）質耐火材料。

其中，白雲石質耐火（huǒ）材料是指全部（bù）用煆燒或電熔（róng）的（de）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（liào）是用鎂石與（yǔ）白雲石（shí）合成的耐火材（cái）料。MgO、CaO含量的（de）變化影響鎂鈣質製品的（de）高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和（hé）抗水化能力（lì）越強；CaO含量（liàng）越高，抗高（gāo）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，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越（yuè）差。因此，應該根據爐外精煉等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）。

白雲石質（zhì）耐火材料（liào）對淨化（huà）鋼水作用的影響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含（hán）量要求嚴格，需（xū）要爐外精煉除去鋼中雜質及夾（jiá）雜物以及脫氣、調整化學（xué）成分（fèn）和均勻化等。鎂鈣（gài）質耐火材料中的遊離CaO，易與（yǔ）鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐（lú）渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低（dī），鎂（měi）鈣質耐火材料也（yě）適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼等設備的（de）耐火材料。近年來，為了淨（jìng）化鋼水、延長（zhǎng）爐襯壽（shòu）命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料（liào）進行了許多（duō）試驗研（yán）究，取得（dé）了很好的結果。

MgO在真空條件（jiàn）下（xià）容易揮發，而CaO對MgO的揮發（fā）性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數（shù））就可（kě）使（shǐ）MgO相對揮發性大大降低。因此（cǐ），MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在（zài）高溫真空條件下使用（yòng）比純MgO質耐（nài）火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水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（jìn）可能（néng）要低。要使O含量（liàng）低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下以氣態存在，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很（hěn）小，而CaO的氧勢也很（hěn）小，因此，精煉設（shè）備應該選用鎂鈣質耐火材（cái）料。溫度升高不利於脫P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也（yě）有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透（tòu）性好，特別是熔渣中SiO2滲（shèn）入會與MgO-CaO耐火材料中（zhōng）的CaO反應（yīng）生成（chéng）高熔點化合物C2S或（huò）C3S,形成保（bǎo）護層，從而抑（yì）製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。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（liàng）增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材（cái）料中的CaO熱力（lì）學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認（rèn）為是防止鋼水增（zēng）氧的有（yǒu）效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳（lín）等人試驗研究鎂鈣（gài）磚（zhuān）與鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果（guǒ）。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（chāo）過45min，脫S率降低，出現“回（huí）S”現象。為了使鋼包獲得有效（xiào）的脫S效果，使用白雲石（shí）質鋼包內襯是（shì）很必（bì）要的，這樣一方麵可以盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧（yǎng）化能力，另（lìng）一方麵可以避免強還原（yuán）條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消（xiāo）耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡（kuāng）加（jiā）才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明（míng）：當澆注料中w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含量大（dà）幅度降低，由原始的0.1%降（jiàng）低（dī）到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度（dù）降（jiàng）低。

耐（nài）火材料（liào）對鋼（gāng）水碳含量的影響：實驗（yàn）表明，使用含（hán）C耐火材料，鋼水顯著增C，當同（tóng）一製品第（dì）二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼（gāng）中H(氫)含量的影響：耐火材（cái）料中的水分以及其中的（de）有（yǒu）機粘結劑會對鋼水中（zhōng）的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間（jiān）包係（xì）統中使用保護套管（guǎn）保護（hù）主流時（shí），有機粘結（jié）劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響（xiǎng）：傳統耐火材料N含（hán）量很低，近年來（lái）氮化物在耐火材料中（zhōng）應用受到關注，如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造成增N。更大的增N量在鋼包與（yǔ）中間包之間，保護套管非常重要，連（lián）鑄的增（zēng）N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管（guǎn）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（wù），其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾（jiá）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Ca12Al4O3的複合化合物，熔（róng）點約為1400℃左右，可有效地（dì）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（sān）鈣)高熔點化合物被吸附鎂（měi）鈣質耐火材料表麵，形成保護層（céng），或者從鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵上剝落下來上浮至保（bǎo）護渣層中；在（zài）鎂（měi）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（liào）的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵（qīn）蝕和滲透能力比較強（qiáng）。燒成白雲石磚基質部分致密程（chéng）度高，較不燒白雲石磚（zhuān）具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的（de）侵蝕（shí）和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而（ér）言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明（míng）顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的（de）燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好（hǎo）於CaO含量低（dī）的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良（liáng）好的（de）抵抗（kàng）高堿度熔渣的侵（qīn）蝕（shí）和滲透能力，這是因為渣與鎂（měi）鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較（jiào）強的（de）侵（qīn）蝕（shí）和滲透能力，主要是（shì）熔渣對基質的強溶蝕並滲透（tòu）作用（yòng）。

白銀鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及（jí）抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂碳磚具有更好的真空穩定性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水（shuǐ）的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究（jiū）：崔淑賢等人采用煉鋼（gāng）轉爐的初（chū）期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚（zhuān）的侵蝕進行實驗。實驗結果表明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結（jié）構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕較輕，是因（yīn）為在磚的（de）界麵上（shàng）產生了C2S保護層；可是中期渣和（hé）終期渣，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（gāo）溫中及被渣中∑FeO溶解，所以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結（jié）果表明鎂白（bái）雲石（shí）碳（tàn）磚高溫抗氧化性和（hé）熱震穩定（dìng）性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適（shì）合冶（yě）煉鋼的（de）電（diàn）爐爐襯。

白（bái）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）含量非常少，非金屬夾雜（zá）物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控（kòng）製，合金元素成分精準並且（qiě）分布均（jun1）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（cái）料始終與（yǔ）鋼水接觸，一般耐火材料對（duì）鋼水或多或少（shǎo）總有些汙染，唯有白雲石質即鎂（měi）鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的（de）非金屬夾雜物，而且不汙染環境。