徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究（jiū）提高鋼的純淨度，沒有考慮（lǜ）與鋼（gāng）水直（zhí）接接觸（chù）的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多（duō）或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂（měi）鈣質）耐（nài）火（huǒ）材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣（gài）質材料不但不汙染鋼水，反而（ér）能淨化鋼水，並且也不汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝（zhuāng）置中應（yīng）用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐（nài）火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒（shāo）後的理論組成（chéng）為（wéi）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、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石（shí）質（zhì）耐火材料是指全部（bù）用煆燒（shāo）或電熔的（de）白（bái）雲石做原料的定型或不定形耐火材（cái）料；鎂白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的（de）變化影響（xiǎng）鎂鈣質製品的高溫使用性能（néng），MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量（liàng）越高，抗高SiO2熔渣的能力越強（qiáng），高溫蠕變越大（dà），抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該（gāi）根據爐外（wài）精煉等（děng）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（shí）質耐火材料對（duì）淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）的含量要求嚴格，需（xū）要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物（wù）以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜（zá）質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨（jìng）化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐（nài）火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純（chún）淨（jìng）鋼、特殊鋼等設備的耐火材（cái）料。近（jìn）年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗（yàn）研究，取得了（le）很好的結（jié）果。

MgO在真空條件下容（róng）易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就（jiù）可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定（dìng）量的CaO製成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在（zài）高溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐火材料（liào）更合適。

鋼水中的脫S反應中（zhōng），要使鋼水S含量低，熔（róng）渣必須（xū）是CaO含量高（gāo）的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要（yào）使（shǐ）O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的（de）耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼（gāng）水中的（de）溶解度很小，而CaO的氧勢也（yě）很小（xiǎo），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（yǒu）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（huǒ）材料的熱震穩定（dìng）性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火（huǒ）材料中的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。

關於H含量的問（wèn）題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內（nèi）襯耐火材（cái）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（zhōng）的水分，就不存（cún）在鋼水中（zhōng）氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質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（liào）中的CaO熱力學（xué）穩定性高，具有很低的氧平（píng）衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，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（děng）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（xiào）果（guǒ）。結果表（biǎo）明：在1600℃下，反（fǎn）應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低（dī），出現“回（huí）S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫（tuō）S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可（kě）以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還（hái）原條件下鋼包渣（zhā）導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質澆注料（liào）對（duì）鋼中P含量（liàng）的影響。實（shí）驗結果表明（míng）：當澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時（shí），鋼（gāng）中P含量大幅度降（jiàng）低，由原始的（de）0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐（nài）火（huǒ）材（cái）料，鋼水顯著增C，當同一製品第二（èr）次使（shǐ）用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材（cái）料（liào）對鋼中H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火材料中的（de）水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生（shēng）顯著影響。連鑄（zhù）過程中，鋼包和中間包係統中（zhōng）使用保護套管（guǎn）保護主流時，有（yǒu）機粘結劑（jì）導致吸（xī）H。對鋼（gāng）包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐（nài）火材料對鋼中N(氮)含量的（de）影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼（gāng）水造成增N。更大（dà）的增N量（liàng）在鋼包與中間包之間（jiān），保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口（kǒu）保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水（shuǐ）中夾雜（zá）物的（de）影響：田琳等人研（yán）究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼（gāng）水潔淨化的影響，實驗表明（míng）：在反應30min的（de）情況下，隻有鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性（xìng）耐火材（cái）料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的（de）CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合物，熔點（diǎn）約為1400℃左右，可有效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵上剝落下來上浮至保護渣層（céng）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（bīng）等人采（cǎi）用靜態（tài）坩堝法研究（jiū）3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性。試驗結果得出，CaO含（hán）量高的白雲石磚抗（kàng）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（yún）石磚具有更好的抗高（gāo）堿（jiǎn）度渣侵蝕性。堿度較（jiào）低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重（chóng）得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低（dī）的鎂（měi）鈣磚。鎂鈣質材料具（jù）有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這（zhè）是因為渣與鎂（měi）鈣材料作用析（xī）出C3S，使材料表層致密化（huà）而有效（xiào）抑製熔渣的滲透。低堿度（dù）熔渣具有（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。

貴陽鎂磚之鎂鈣碳磚的性（xìng）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（jù）備（bèi）鎂鈣磚的特性外，鎂（měi）鈣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（xìng）能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨（jìng）化鋼水的效果也越好；C含量越高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等（děng）人采（cǎi）用煉鋼轉爐的初（chū）期渣、中期渣和終期渣分別（bié）對鎂鈣碳（tàn）磚及鎂碳（tàn）磚的侵蝕（shí）進行實驗。實驗結果表明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產（chǎn）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（le）C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕損率反而分別比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和（hé）1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所（suǒ）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（tàn）磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗（kàng）酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨（jìng）鋼的影響

潔淨鋼係指鋼（gāng）中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非（fēi）金屬夾雜物不僅數量少，而且尺（chǐ）寸很小（xiǎo）和形態得到控製（zhì），合金元（yuán）素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性（xìng）能（néng）、高品質。在鋼水從冶（yě）煉到精煉的整個過程（chéng）中，耐火材料始終與鋼水接（jiē）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（cái）料能淨化鋼（gāng）水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。