徐平坤

以前，從煉鋼（gāng）工藝的角度研究（jiū）提高鋼的純（chún）淨度，沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認（rèn）為耐火材（cái）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（zhì））耐火（huǒ）材（cái）料的（de）理論研究和（hé）實（shí）際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不（bú）汙染環境，在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼（gāng）包等（děng）爐外精（jīng）煉裝置中應用日（rì）益增（zēng）加。

白雲（yún）石（shí）與鎂鈣質耐火材（cái）料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物（wù）原料，煆燒（shāo）後（hòu）的理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包（bāo）括白（bái）雲石質耐火材料、鎂白雲石質（zhì）耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒（shāo）或電熔的白雲石做原料的（de）定型或不定形耐火材料；鎂白雲（yún）石和鎂（měi）鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的變化影響鎂鈣質（zhì）製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗（kàng）水化能力越強；CaO含量越高，抗（kàng）高SiO2熔渣的能力越強，高（gāo）溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效（xiào）果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因（yīn）此（cǐ），應該根據（jù）爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理（lǐ）選擇（zé）鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對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SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含量要求嚴（yán）格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾（jiá）雜物以及脫氣、調整（zhěng）化學成分和均勻（yún）化等。鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的遊離CaO，易與（yǔ）鋼水中的S、P等雜質反應，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（shì）很低，鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼等設備的（de）耐火材料。近年來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低（dī）耐火材料消耗，研（yán）究人（rén）員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得（dé）了很好的結果。

MgO在真空條（tiáo）件下（xià）容易揮發，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（xìng）大大降（jiàng）低。因此，MgO質材料中加入一定量（liàng）的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（hé）適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度（dù）渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材（cái）料，Mg與Ca在高（gāo）溫下以氣態（tài）存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應（yīng）該選用鎂鈣質耐火材（cái）料。溫度升高不利於脫P，但（dàn）鋼包中采用CaO含量（liàng）高即堿度高的熔渣有（yǒu）利脫（tuō）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、抗渣滲（shèn）透性好，特別是熔渣中SiO2滲入（rù）會與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，從（cóng）而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉（liàn）設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下（xià）長期烘烤，充分排除其（qí）中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼（gāng）水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人（rén）認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高（gāo），具有很（hěn）低（dī）的氧平（píng）衡分壓，在鋼水中的溶（róng）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（tián）琳等人試（shì）驗（yàn）研究（jiū）鎂（měi）鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時（shí），脫S效果更好，脫S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫S率降低，出現“回S”現象（xiàng）。為了使鋼包獲得有效的脫S效果（guǒ），使用白雲石質鋼包內襯是很必（bì）要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能（néng）力，另一方麵可（kě）以避免強（qiáng）還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

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（gāng）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P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進（jìn）一步（bù）提高CaO含（hán）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耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製（zhì）品第二次使用時（shí），鋼（gāng）水僅發生輕（qīng）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中的（de）有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生（shēng）顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中（zhōng）使用保護套管保護主（zhǔ）流時，有機粘結（jié）劑（jì）導致吸H。對鋼包（bāo）、中間包（bāo）烘烤，能有效地（dì）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含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解（jiě）對鋼水造成增（zēng）N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要（yào），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：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材料（liào）對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應（yīng）30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜（zá）物，其餘的堿性耐（nài）火材料均使（shǐ）鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物（wù）可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應（yīng）生成Ca12Al4O3的複（fù）合化合物，熔點約為1400℃左右（yòu），可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高（gāo）熔點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（zhì）耐（nài）火材料表麵（miàn）上（shàng）剝（bāo）落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐（nài）火材料中的（de）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（cái）料的抗侵蝕性能：梁（liáng）義兵等人采用靜態坩堝（guō）法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的（de）抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕和滲透能力（lì）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（gāo）堿度渣侵蝕性。堿（jiǎn）度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和（hé）滲透比高堿度渣嚴重得（dé）多（duō）。相對而（ér）言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度（dù）渣侵蝕能力好於（yú）CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質（zhì）材（cái）料具有良好的抵抗高堿度（dù）熔渣的侵蝕和滲透能力，這（zhè）是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑（yì）製熔渣的滲透。低堿度（dù）熔渣具有較強的侵（qīn）蝕和滲（shèn）透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

湖州鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂（měi）鈣（gài）磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳（tàn）磚具有更好的（de）真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含（hán）量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水（shuǐ）的（de）效果也越好；C含量（liàng）越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗（kàng）剝落性能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢等人（rén）采用煉鋼轉爐的初期渣、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（jié）果表明：初期渣MgO—C磚蝕（shí）損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產（chǎn）生結構剝落，蝕損（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕較輕（qīng），是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可（kě）是中期渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在（zài）高（gāo）溫中及（jí）被渣中（zhōng）∑FeO溶（róng）解，所以比MgO—C磚侵蝕（shí）嚴重。

孫惠章等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（xìng）熔渣能力（lì）強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫（tuō）O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲（yún）石質耐火材料對潔淨鋼的（de）影響（xiǎng）

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得到控製，合金元（yuán）素成分精準並（bìng）且分布均勻，使鋼材具有高性能、高（gāo）品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過（guò）程中（zhōng），耐火材料（liào）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（liào）能淨化鋼水，除去鋼中的非（fēi）金屬夾雜物，而且不汙染環境。