徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼的純淨度，沒有考（kǎo）慮與鋼水（shuǐ）直接（jiē）接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或（huò）多或少（shǎo）地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理論研究和（hé）實際試驗，得出鎂鈣質材（cái）料不但不汙染鋼水，反而能（néng）淨化鋼水，並且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼包（bāo）等爐外精煉裝置中應（yīng）用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白（bái）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（bǐ）值為1.93。鎂鈣質耐火（huǒ）材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中（zhōng），白雲石質耐火材料是指（zhǐ）全部用煆（duàn）燒或（huò）電熔（róng）的白雲石做原料（liào）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鎂石與白（bái）雲石合成的耐火（huǒ）材料。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熔渣和抗（kàng）水化能力越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應（yīng）該根據爐外精煉等熱工設備的（de）不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石（shí）質耐火材料對淨化鋼水作用的（de）影（yǐng）響

潔（jié）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等夾雜物的含量要求嚴（yán）格，需要爐外精煉除去鋼（gāng）中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分（fèn）和均勻化（huà）等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等（děng）雜（zá）質（zhì）反應，使（shǐ）其（qí）轉移到爐渣中，具有除去（qù）雜質、淨（jìng）化鋼水的功能。由（yóu）於（yú）CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂（měi）鈣質耐火材料也適合用（yòng）於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材（cái）料（liào）。近年（nián）來，為（wéi）了淨化鋼（gāng）水（shuǐ）、延長爐（lú）襯壽命、降（jiàng）低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進（jìn）行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真（zhēn）空條件下容易（yì）揮發，而（ér）CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影（yǐng）響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中（zhōng）加入一定量的CaO製成MgO—CaO質（zhì）耐火材料，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S含量低，熔渣必須（xū）是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼（gāng）水（shuǐ）中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量（liàng）低，就要選擇氧勢盡可能低的耐（nài）火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下以氣態存在，在（zài）鋼水中的（de）溶解度很小，而（ér）CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）。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（cǐ），用CaO含（hán）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（zhèn）穩定性高、抗渣（zhā）滲透性好，特別是（shì）熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反（fǎn）應生（shēng）成高熔點化合物（wù）C2S或C3S,形成保護層，從（cóng）而抑製熔渣（zhā）的滲透。

關於H含（hán）量的（de）問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或（huò）精煉（liàn）設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力（lì）學分析認為：要在1200℃下長期烘（hōng）烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質（zhì）耐火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耐火材料中的CaO熱力學穩（wěn）定性高，具有很低的氧平衡分壓，在（zài）鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

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，檢驗鎂鈣質耐火（huǒ）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%；超過45min，脫S率降低（dī），出（chū）現（xiàn）“回（huí）S”現象。為了使鋼包獲（huò）得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包（bāo）內襯是很（hěn）必要的，這樣一方麵可以盡可能（néng）降低鋼包內襯的再氧化能力，另（lìng）一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材（cái）料的過度消（xiāo）耗。

耐火材料對（duì）鋼中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。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中（zhōng）P含量（liàng）大幅度降低，由（yóu）原始的0.1%降低（dī）到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳（tàn）含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料（liào），鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火（huǒ）材料對鋼中H(氫)含量（liàng）的影響（xiǎng）：耐火材料中的水分以（yǐ）及其中的有機粘（zhān）結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中（zhōng）間包（bāo）係統中（zhōng）使用保（bǎo）護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有（yǒu）效地降低（dī）鋼水（shuǐ）的吸H量。

耐火材料（liào）對鋼中N(氮（dàn）)含量的影響：傳統耐火材料N含量（liàng）很低，近年來氮（dàn）化物在耐火材料中應用受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼（gāng）水造成增N。更大的增N量（liàng）在鋼包與中間（jiān）包之間（jiān），保護（hù）套管非常重要（yào），連鑄的增N點就是（shì）長水口保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾（jiá）雜物的影響：田琳等人研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在（zài）反應30min的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐火材料能（néng）去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水（shuǐ）夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可（kě）與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合（hé）物，熔點約為1400℃左（zuǒ）右，可有效地去除鋼中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應（yīng）生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點（diǎn）化合物被吸附鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐（nài）火材料表麵上剝落下來上浮至保（bǎo）護渣（zhā）層中；在鎂鈣質耐火材料（liào）中的（de）活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等人采用靜（jìng）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）果得出，CaO含（hán）量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣（zhā）侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種（zhǒng）磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成（chéng）的（de）鎂鈣磚抵（dǐ）抗（kàng）低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於（yú）CaO含量低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣（gài）質材料具有良好的抵抗高堿度熔（róng）渣的侵蝕和滲透能力，這（zhè）是因為渣與鎂鈣材料作用析出（chū）C3S，使材料（liào）表層致（zhì）密化（huà）而有效抑製熔（róng）渣的滲透。低堿度（dù）熔（róng）渣具有（yǒu）較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

儋州鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種（zhǒng）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、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決（jué）於CaO及C的含量。CaO含量越高（gāo），抗剝落性能越好，淨化鋼水的（de）效果也越好；C含（hán）量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂（měi）鈣碳（tàn）磚的抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期（qī）渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期（qī）渣MgO—C磚蝕損率比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（zhuān）的（de）侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣（zhā）和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）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（róng）解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高（gāo）溫（wēn）抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性（xìng）熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於（yú）鋼水的脫（tuō）O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火（huǒ）材料對潔淨鋼的影響

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（wù）不僅數量少，而且尺寸很小和形態（tài）得到控製，合金元素成分精準並且分布（bù）均勻，使鋼材具有高性（xìng）能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水（shuǐ）接觸，一般（bān）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，除去鋼中的非金（jīn）屬夾雜物，而且不汙染環境（jìng）。