徐平坤

以前（qián），從煉鋼工藝的（de）角度研究（jiū）提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總（zǒng）是認為耐火材（cái）料或多或少地會對（duì）鋼水（shuǐ）產生（shēng）汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理（lǐ）論研究（jiū）和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染（rǎn）鋼水，反（fǎn）而能淨化鋼水，並（bìng）且也不汙染環境，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（měi）鈣質耐（nài）火材（cái）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（wéi）1.93。鎂鈣質耐火材（cái）料主要（yào）包括白雲石質（zhì）耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火（huǒ）材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全（quán）部用煆燒或電（diàn）熔的白雲石做原料的（de）定型（xíng）或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂（měi）鈣（gài）質耐火（huǒ）材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣（gài）質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高（gāo）SiO2熔渣的能力（lì）越強，高溫蠕變（biàn）越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的（de）效果越好（hǎo），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（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水（shuǐ）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等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉（liàn）除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具（jù）有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）也適合（hé）用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等（děng）設備的耐火材（cái）料。近（jìn）年（nián）來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行（háng）了許多試驗研（yán）究，取得了（le）很好（hǎo）的（de）結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的（de）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）大大降低。因此，MgO質材料中加入一（yī）定量的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（nài）火（huǒ）材料更合適（shì）。

鋼水中的（de）脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含（hán）量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡（jìn）可能要低。要（yào）使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與（yǔ）Ca在（zài）高溫（wēn）下（xià）以氣態存在（zài），在鋼水中的溶解度很小，而CaO的（de）氧勢也很（hěn）小，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（tuō）P，但鋼包中采用CaO含量（liàng）高即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（zhì）耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐（nài）火材料中的CaO反應生成高熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護（hù）層，從而抑製熔渣的滲透。

關於（yú）H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔（róng）渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機（jī）添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分（fèn）排除其中的水分，就不存（cún）在鋼水中氫（H）含量（liàng）增（zēng）高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼（gāng）中氧（yǎng）含量的影響：王龍光等人（rén）認為MgO—CaO耐火（huǒ）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（shuǐ）中的溶解度很小，被（bèi）認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼（gāng）中S的（de）影響：田琳等人（rén）試驗研究鎂鈣（gài）磚與（yǔ）鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果（guǒ）表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫（tuō）S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的（de）脫S效果，使用白雲石質鋼包內（nèi）襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內（nèi）襯的再（zài）氧化能力，另一方（fāng）麵可以避免強（qiáng）還原條件下鋼包（bāo）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（yǐng）響：匡加才（cái）研究MgO—CaO質澆（jiāo）注料對鋼中P含量的（de）影響。實（shí）驗結果表明（míng）：當澆注料中w（CaO）為（wéi）25%時，鋼中P含量大幅度降低，由（yóu）原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅有小幅度降（jiàng）低。

耐火（huǒ）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（dāng）同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增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其（qí）中（zhōng）的有機粘結劑會對鋼（gāng）水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中（zhōng），鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結（jié）劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中（zhōng）N(氮)含量的影響：傳統（tǒng）耐火材料N含量很低，近（jìn）年來（lái）氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中（zhōng）間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點（diǎn）就（jiù）是長水口保護，此（cǐ）處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物（wù）的（de）影響：田琳等人研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管（guǎn）線（xiàn）鋼鋼水潔（jié）淨化的影響，實驗（yàn）表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾（jiá）雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可與鎂鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔（róng）點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中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（wù）被（bèi）吸附（fù）鎂鈣質耐火材料表麵，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；在鎂鈣質耐火材料中的（de）活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物（wù）的能力越（yuè）強。

鎂（měi）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究3種不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣磚的抗（kàng）渣性。試驗結果得出，CaO含（hán）量高的白雲石磚抗高（gāo）堿度（dù）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（de）抗高堿度渣侵蝕性。堿（jiǎn）度較低的VOD爐渣對三種（zhǒng）磚的侵蝕（shí）和滲透比高（gāo）堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的（de）燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕能力好於CaO含量（liàng）低的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具有良（liáng）好的抵抗高（gāo）堿度熔渣的侵蝕和滲（shèn）透能力，這是因為渣（zhā）與鎂鈣（gài）材料作用（yòng）析出C3S，使材料表層致密（mì）化而有效抑製熔渣的滲（shèn）透。低堿度熔渣具有較強的侵（qīn）蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

金昌鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣（gài）碳磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成（chéng）鎂（měi）鈣磚種類複雜。除具備鎂（měi）鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更（gèng）好的真空穩定（dìng）性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時（shí）取決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的（de）效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強（qiáng）。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的（de）初期（qī）渣、中期渣和終期渣分別（bié）對鎂（měi）鈣碳磚及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進（jìn）行（háng）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（de）侵蝕較輕，是因為（wéi）在磚的界麵（miàn）上產生了C2S保護層；可是中期渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而（ér）分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣（zhā）中∑FeO溶解，所以比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研（yán）究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震（zhèn）穩定性好，抗酸性熔（róng）渣能力強；而且磚中的CaO有利於（yú）鋼水的脫O、脫S、脫P等，適（shì）合冶煉（liàn）鋼（gāng）的電爐（lú）爐襯。

白雲（yún）石質（zhì）耐火材料（liào）對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非（fēi）常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸（cùn）很小和（hé）形態（tài）得到控製，合金元素成分精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材具有高性能、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接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有（yǒu）白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火材料能淨化鋼水，除去（qù）鋼中的非金屬夾雜（zá）物，而且不汙（wū）染（rǎn）環境。