徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼（gāng）的純（chún）淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的（de）耐火材料對鋼水的淨化（huà）作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼（gāng）水產生汙（wū）染。可是通過（guò）對白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐火材料的理（lǐ）論研究和實際試（shì）驗（yàn），得出鎂鈣質（zhì）材料不但不汙染鋼水，反而（ér）能淨化（huà）鋼水，並且也不汙染環（huán）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（yún）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。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料（liào）、鎂白雲石質耐（nài）火材料（liào）、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原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和（hé）鎂鈣質耐火（huǒ）材料是用鎂石（shí）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高溫使用性（xìng）能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水化能力越強；CaO含量越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落性能（néng）和脫硫、脫磷的效果越好，但（dàn）抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差（chà）。因（yīn）此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同（tóng）部位使用條件，合理（lǐ）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（duì）鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格（gé），需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣（qì）、調整化學成分和均勻化（huà）等。鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料中的遊離CaO，易與（yǔ）鋼水中的S、P等雜質（zhì）反應，使（shǐ）其轉移到（dào）爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的（de）功能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶（yě）煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材料（liào）。近年來，為了淨（jìng）化（huà）鋼（gāng）水、延（yán）長爐襯壽命、降低耐火材（cái）料消耗，研究人員（yuán）對白（bái）雲石質耐（nài）火材料進（jìn）行了許多（duō）試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮（huī）發（fā），而（ér）CaO對MgO的（de）揮發性（xìng）是（shì）有（yǒu）影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可使（shǐ）MgO相對揮發性大大（dà）降低（dī）。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下（xià）使用（yòng）比純MgO質耐火材料更（gèng）合適（shì）。

鋼水中的脫（tuō）S反應中，要使鋼（gāng）水S含量低，熔渣必須是CaO含量（liàng）高的高（gāo）堿（jiǎn）度渣，並且鋼水中溶解的O含量（liàng）盡可能要低。要（yào）使O含量低，就要選擇氧（yǎng）勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下（xià）以氣態存在，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，而（ér）CaO的氧勢（shì）也很小，因此，精煉設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫（tuō）P，但鋼包中采（cǎi）用CaO含量高即（jí）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（de）熱（rè）震穩（wěn）定性高（gāo）、抗渣滲透（tòu）性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反應（yīng）生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製（zhì）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（zhā）或精煉設備內襯耐火材料的水（shuǐ）分（fèn）及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充（chōng）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（huǒ）材料對（duì）鋼水性能的影響

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

耐火材（cái）料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中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，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使（shǐ）鋼包獲得有效（xiào）的脫S效果，使用白雲石質鋼包內（nèi）襯是很必要的，這樣一方（fāng）麵可以盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧化能力，另（lìng）一（yī）方麵可以避免強還原條件下鋼（gāng）包渣導致耐火材（cái）料的過度消耗。

耐火材料對鋼（gāng）中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實（shí）驗（yàn）結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含量大幅度（dù）降低（dī），由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小（xiǎo）幅度降低。

耐火材（cái）料對鋼水碳（tàn）含（hán）量的影響：實驗表明（míng），使用含C耐火材料，鋼（gāng）水顯著（zhe）增（zēng）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H(氫)含量（liàng）的影響：耐火材料中的水分以及（jí）其中的有機（jī）粘結劑會對鋼水（shuǐ）中的H含量產生顯著影響。連鑄過（guò）程（chéng）中，鋼（gāng）包和（hé）中間（jiān）包（bāo）係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結（jié）劑導（dǎo）致（zhì）吸H。對鋼包、中間（jiān）包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材（cái）料（liào）對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量（liàng）很低（dī），近年來氮化物在耐火材（cái）料中應用受（shòu）到關注，如Sialon分解對鋼水造成增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，連鑄的增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（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材（cái）料對（duì）管線鋼（gāng）鋼水潔（jié）淨化的（de）影響，實驗表明：在反（fǎn）應30min的（de）情況下，隻有鎂鈣質（zhì）耐火材料能去除鋼水中的夾（jiá）雜物，其餘（yú）的堿性耐火材料均使鋼水（shuǐ）夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）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，熔點約為1400℃左（zuǒ）右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化（huà）合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵（miàn），形成保護層，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；在鎂鈣質耐火材料（liào）中的活性CaO含量越高，吸附鋼（gāng）水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研（yán）究3種（zhǒng）不鏽鋼冶（yě）煉用鎂鈣磚的抗渣性（xìng）。試驗結果得（dé）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。燒成白雲石磚基質（zhì）部分致密程（chéng）度高，較不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（zhā）對三種磚的侵蝕和滲透（tòu）比高堿度渣嚴重得多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣（gài）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（chéng）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能（néng）力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂（měi）鈣（gài）質材料具有良（liáng）好的抵抗高堿度熔渣（zhā）的侵蝕和（hé）滲透能（néng）力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致（zhì）密化（huà）而有效抑（yì）製熔渣的滲透。低堿度（dù）熔渣具有（yǒu）較強的侵蝕和（hé）滲透能力，主要是熔渣對基（jī）質的強溶蝕並滲（shèn）透作用。

丹東鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

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

鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉（zhuǎn）爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳（tàn）磚及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高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生了C2S保護層（céng）；可是中期渣（zhā）和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高（gāo）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（zhuān）侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果（guǒ）表明鎂白雲（yún）石碳磚高溫抗氧化性和（hé）熱震穩定（dìng）性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水（shuǐ）的脫O、脫S、脫（tuō）P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材（cái）料對潔淨鋼的影響

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，而且尺寸很小和形態（tài）得到控製，合金元素（sù）成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在（zài）鋼水從冶煉到精煉的整個過（guò）程中，耐火材料始終與鋼水（shuǐ）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質耐火材料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾（jiá）雜物，而且不汙（wū）染環境。