徐平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火材料對鋼水的（de）淨化作用，總（zǒng）是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究（jiū）和實際試驗，得出鎂鈣質（zhì）材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並（bìng）且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質（zhì）耐火材料的特（tè）征（zhēng）

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦物原（yuán）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（bái）雲石質耐火材料是指（zhǐ）全部用煆燒（shāo）或電（diàn）熔的（de）白（bái）雲石做原料的定（dìng）型或不定形耐火材（cái）料；鎂白雲（yún）石和鎂鈣質耐火材料（liào）是用鎂石與白雲石（shí）合成的耐火材（cái）料（liào）。MgO、CaO含量的變化影（yǐng）響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化（huà）能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越（yuè）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（kàng）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使用條件，合理選擇鎂（měi）鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼等（děng）對鋼（gāng）中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含（hán）量要求（qiú）嚴格，需要爐（lú）外（wài）精煉（liàn）除去鋼中雜質及（jí）夾雜物以及脫氣（qì）、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火（huǒ）材料中（zhōng）的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中（zhōng），具有（yǒu）除去雜質、淨化（huà）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（yě）煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊鋼等（děng）設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火（huǒ）材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材（cái）料進行了許多試（shì）驗研究，取得了（le）很好的結果。

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）就可使（shǐ）MgO相對揮（huī）發性（xìng）大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的（de）CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中（zhōng）的脫S反應中，要使鋼（gāng）水S含量低，熔渣必（bì）須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要（yào）選擇氧（yǎng）勢（shì）盡可（kě）能低的（de）耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣（qì）態存在（zài），在鋼水中的溶解度（dù）很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉（liàn）設（shè）備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼（gāng）包中采用CaO含量高即堿度（dù）高（gāo）的熔渣有（yǒu）利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣（gài）質耐火材料同樣也有利（lì）脫P。

鎂鈣質耐火材料（liào）的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層（céng），從而抑製熔渣的（de）滲透。

關於H含量的問題（tí），采用（yòng）真空精煉，其H主要來自熔渣（zhā）或精煉設備內襯耐火材料（liào）的水分及有機添加物。熱（rè）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（jiù）不（bú）存在鋼（gāng）水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對鋼水性（xìng）能（néng）的（de）影響

耐火材料對鋼（gāng）中氧含（hán）量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平（píng）衡分壓，在鋼水中的溶解度（dù）很小，被（bèi）認為是防（fáng）止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中（zhōng）S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣（gài）磚與鋼水（shuǐ）中S的（de）反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結（jié）果表明：在1600℃下（xià），反應（yīng）45min時，脫（tuō）S效果更（gèng）好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象（xiàng）。為了使鋼包獲得（dé）有效的脫S效（xiào）果，使用白（bái）雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以（yǐ）盡可能（néng）降低鋼包內（nèi）襯的再氧化能力，另一方麵可以避（bì）免（miǎn）強還（hái）原（yuán）條件下鋼包渣導致耐（nài）火材料（liào）的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含（hán）量的影響（xiǎng）：匡加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注料對（duì）鋼中P含量的影（yǐng）響（xiǎng）。實（shí）驗結果表明：當澆注（zhù）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（dào）0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火（huǒ）材料對（duì）鋼水碳（tàn）含（hán）量的影響：實驗表明，使用含（hán）C耐火材料，鋼水顯著增C，當同（tóng）一製品第二次使用時（shí），鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影（yǐng）響（xiǎng）：耐火（huǒ）材料中（zhōng）的水分（fèn）以及其中的有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（gāng）包和中間包係統中使用（yòng）保護套管保護主流時，有機粘結劑導（dǎo）致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效（xiào）地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很（hěn）低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分（fèn）解對鋼（gāng）水造成增（zēng）N。更大的增N量在鋼包（bāo）與中間包之間，保護套管非常（cháng）重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物（wù）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（jié）淨化（huà）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，其餘的堿性耐火材料（liào）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CaO反應（yīng），如CaO與（yǔ）Al2O3反應生成Ca12Al4O3的（de）複合化合物（wù），熔點約（yuē）為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化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（cái）料表麵上剝落下（xià）來上浮至保護渣層中；在（zài）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（qiáng）。

鎂鈣（gài）質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜（jìng）態坩（gān）堝法研究3種不鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結（jié）果得（dé）出，CaO含量高的白雲（yún）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（gāo），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爐渣對三種磚的侵蝕和滲（shèn）透比高堿度（dù）渣嚴重得（dé）多。相對而（ér）言（yán），燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性（xìng）明顯好於不燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高（gāo）的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具有（yǒu）良好的抵抗高堿度熔渣的侵（qīn）蝕和滲透能力，這是因為渣（zhā）與鎂鈣材料（liào）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（jù）有較強的侵蝕（shí）和滲透能力，主要是熔渣對（duì）基質的強溶蝕並滲透作（zuò）用。

淮北鎂磚之鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及抗侵蝕的研（yán）究

鎂鈣碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚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（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越（yuè）高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效（xiào）果也越好（hǎo）；C含（hán）量（liàng）越高，抗渣侵蝕和（hé）抗（kàng）剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中（zhōng）期渣和（hé）終期渣分別（bié）對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。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（shí）損最嚴重（chóng）；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚（zhuān）的界麵上產生了C2S保護層；可是中（zhōng）期渣和終期渣，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（qí）在（zài）高溫中及被渣中∑FeO溶解，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溫（wēn）抗氧化性和熱震穩定（dìng）性好，抗酸性熔渣（zhā）能力強；而且磚（zhuān）中的（de）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（gāng）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（xíng）態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻（yún），使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精（jīng）煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一（yī）般耐（nài）火材（cái）料對鋼水（shuǐ）或多或少總有些汙染（rǎn），唯有白雲石（shí）質即鎂鈣質耐火材（cái）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。