徐平坤

以前，從煉鋼（gāng）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（gāng）水的淨化作用，總是認（rèn）為耐火（huǒ）材（cái）料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是（shì）通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和（hé）實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反（fǎn）而（ér）能淨化（huà）鋼水，並且也不汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白（bái）雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（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1.93。鎂（měi）鈣質耐（nài）火材（cái）料主要包括白雲石（shí）質耐火材料、鎂白雲石質（zhì）耐火材料、鎂鈣質耐（nài）火材料。

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（zuò）原料（liào）的定型或不定形耐（nài）火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂（měi）石（shí）與白雲石合（hé）成的（de）耐火材（cái）料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣（gài）質製品的高溫使用性能，MgO含量（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣（zhā）的能力越強，高溫（wēn）蠕變越大，抗剝落性能和脫硫（liú）、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位（wèi）使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）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等夾雜物的含量要求嚴格，需（xū）要（yào）爐外（wài）精煉除去鋼中雜質（zhì）及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和（hé）均勻（yún）化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等（děng）雜質（zhì）反（fǎn）應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼（gāng），是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設（shè）備的耐火材料。近（jìn）年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究（jiū）人員對白雲石質耐火材料進行了許（xǔ）多試驗研究，取（qǔ）得了很好的結果（guǒ）。

MgO在真空條件下（xià）容易揮發，而CaO對MgO的揮（huī）發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分（fèn）數）就可使MgO相對揮發性大大（dà）降低。因此，MgO質材料中加入一定（dìng）量的CaO製成（chéng）MgO—CaO質耐火材料（liào），在高（gāo）溫真空條件下使用（yòng）比純MgO質耐火（huǒ）材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必（bì）須是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。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在高溫下以氣態存（cún）在，在鋼水中的（de）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。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用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定性高（gāo）、抗渣滲透性好，特別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高（gāo）熔點化合物C2S或（huò）C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的（de）滲透。

關於H含量的（de）問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精（jīng）煉設備內襯耐火材料（liào）的水分及有機添加（jiā）物（wù）。熱（rè）力學分析認（rèn）為：要在1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充分排除其中的水（shuǐ）分，就不存在鋼水中氫（qīng）（H）含量增（zēng）高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐（nài）火材料（liào）對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力學穩定性高，具（jù）有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影（yǐng）響：田琳等人（rén）試驗研究鎂鈣磚（zhuān）與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫（tuō）S效果。結果表明：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（kě）能降低（dī）鋼包內襯（chèn）的（de）再氧化（huà）能力，另一方麵可以（yǐ）避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的（de）過（guò）度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中（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（bù）提（tí）高CaO含量，鋼中（zhōng）P含量僅有小幅度（dù）降低（dī）。

耐火材料對鋼水碳含（hán）量的影（yǐng）響：實驗表明，使用（yòng）含C耐火材料，鋼水（shuǐ）顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼（gāng）水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中（zhōng）H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其（qí）中（zhōng）的有機粘結劑（jì）會對鋼水中的H含量產生顯著（zhe）影響（xiǎng）。連鑄過程中，鋼包和中間包（bāo）係統中使用保護套管保護主流時，有機粘（zhān）結（jié）劑（jì）導致吸H。對鋼包、中間包（bāo）烘（hōng）烤，能有效（xiào）地降低（dī）鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量（liàng）的影響（xiǎng）：傳統耐火（huǒ）材料N含量很低，近年來氮化物（wù）在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更（gèng）大的增N量在鋼（gāng）包（bāo）與中（zhōng）間包之間（jiān），保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處（chù）增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反（fǎn）應30min的情況下，隻有鎂（měi）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（gāng）水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣（gài）耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的（de）複合化合物，熔點約為1400℃左（zuǒ）右，可有效（xiào）地去除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高（gāo）熔點（diǎn）化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或（huò）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；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量（liàng）越高，吸附鋼水中夾雜物（wù）的能力越強。

鎂鈣質耐（nài）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。試驗結果得出，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強。燒成白雲（yún）石磚基質部分致密程度高（gāo），較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣（gài）磚抵抗低（dī）堿度渣侵（qīn）蝕（shí）性（xìng）明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣（zhā）侵蝕能（néng）力好於CaO含量低（dī）的鎂鈣磚。鎂（měi）鈣質材料具有良（liáng）好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是（shì）因為渣與鎂鈣材（cái）料作用析出C3S，使材（cái）料表層致（zhì）密化而有效抑製熔渣的滲（shèn）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溶蝕並滲（shèn）透作用。

本溪鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性（xìng）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（zhèn）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（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（hé）抗剝落性能越強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等（děng）人采用煉鋼轉爐（lú）的初期渣、中期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（guǒ）表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵（miàn）上產生了C2S保護（hù）層；可是（shì）中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反（fǎn）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，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等（děng）人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利（lì）於鋼（gāng）水的脫O、脫（tuō）S、脫P等，適合（hé）冶（yě）煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材（cái）料對潔淨鋼的（de）影響

潔淨鋼係指（zhǐ）鋼中有害成分（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製，合金元素（sù）成分精準並且分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高（gāo）品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火（huǒ）材料始終（zhōng）與（yǔ）鋼（gāng）水接觸（chù），一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石（shí）質即鎂鈣質耐（nài）火材料能淨化鋼水，除去鋼（gāng）中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。