徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度（dù）研究提高鋼（gāng）的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對（duì）鋼（gāng）水的淨化作用，總是認為耐火材料（liào）或多或（huò）少地會對鋼水（shuǐ）產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質（zhì））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鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增（zēng）加（jiā）。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲（yún）石（shí）（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣（gài）質耐火材料主要（yào）包括白雲石質耐火材料、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（liào）是指全部用煆（duàn）燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石（shí）和鎂鈣質耐火材（cái）料是用鎂石與白雲石合成（chéng）的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣（gài）質製品的（de）高溫（wēn）使用（yòng）性能，MgO含量越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變（biàn）越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果（guǒ）越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能越（yuè）差（chà）。因此，應（yīng）該根據爐外精煉（liàn）等熱工設（shè）備的不同部位使（shǐ）用條件，合理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨（jìng）化鋼水作用的（de）影響

潔淨鋼、特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（hán）量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜（zá）質及夾（jiá）雜（zá）物以及（jí）脫氣、調整化（huà）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等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具（jù）有除去雜質、淨化鋼水的功能。由（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼（gāng）水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對（duì）白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影（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質材料中加入一（yī）定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空（kōng）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，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣（zhā），並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使（shǐ）O含量低，就要選（xuǎn）擇氧（yǎng）勢盡（jìn）可（kě）能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣（qì）態存（cún）在，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很（hěn）小，而CaO的氧勢也很小（xiǎo），因此，精（jīng）煉設備應（yīng）該選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利（lì）於脫P，但鋼包（bāo）中采用（yòng）CaO含量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（liào）同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗（kàng）渣（zhā）滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應（yīng）生成高熔點化合物C2S或C3S,形（xíng）成保護層，從（cóng）而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采（cǎi）用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材（cái）料的水分（fèn）及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其（qí）中的（de）水分，就不（bú）存在鋼水中氫（H）含量增高問題（tí）。

鎂（měi）鈣質耐火材料對（duì）鋼水性能（néng）的影響

耐（nài）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（rè）力學穩定性高，具有很（hěn）低的氧平衡分（fèn）壓，在鋼（gāng）水中的溶解（jiě）度很（hěn）小，被（bèi）認為是防止鋼（gāng）水增氧的有（yǒu）效材料。

耐火（huǒ）材料對鋼中S的（de）影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反（fǎn）應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫（tuō）S效（xiào）果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達（dá）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（xiào）的脫S效果，使用白（bái）雲石質鋼包內襯是很（hěn）必（bì）要的，這樣一方麵可以（yǐ）盡可能降低鋼包內襯的（de）再氧化能（néng）力，另一方麵（miàn）可以避免強還（hái）原條件（jiàn）下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼（gāng）中P含量的影（yǐng）響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中（zhōng）P含量的影響。實驗（yàn）結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大（dà）幅度（dù）降低，由原始的0.1%降低（dī）到0.01%，進一步提高（gāo）CaO含量，鋼中P含量僅有小（xiǎo）幅度降低。

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

耐火材（cái）料對鋼中H(氫)含量的影響（xiǎng）：耐火（huǒ）材料中的水分以及其中（zhōng）的有機（jī）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）間包係統中使用保護套管保護主流（liú）時（shí），有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材（cái）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（shòu）到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的（de）增N量在鋼包與中間包（bāo）之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中（zhōng）夾雜物的影響：田琳等（děng）人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化（huà）的影響，實（shí）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（zá）物，其餘的堿性耐火材料（liào）均使（shǐ）鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物（wù），熔點約（yuē）為1400℃左（zuǒ）右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)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（xíng）成保護層，或（huò）者從鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵上剝落下來上（shàng）浮至保護渣層中；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：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試（shì）驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚（zhuān）抗高堿度的AOD渣侵蝕和（hé）滲透（tòu）能力（lì）比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高（gāo），較不（bú）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（lú）渣對三種磚的侵蝕（shí）和滲透（tòu）比高堿度（dù）渣嚴重得多。相（xiàng）對而言，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抵抗（kàng）低（dī）堿度渣（zhā）侵蝕能力好於CaO含量低的鎂（měi）鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵（dǐ）抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這（zhè）是因為渣與（yǔ）鎂鈣材料作用（yòng）析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低（dī）堿度熔渣具有（yǒu）較強的侵蝕和滲（shèn）透能力，主要是熔渣對基質的（de）強溶蝕並滲透作用。

廊坊鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較燒成（chéng）鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性（xìng）外，鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂（měi）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（yú）CaO及C的含量。CaO含量越高（gāo），抗剝落性能越好，淨（jìng）化鋼水的效（xiào）果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強（qiáng）。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研（yán）究：崔淑賢等人采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗（yàn）。實驗結果表明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生結（jié）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C2S保護層；可是中期（qī）渣和（hé）終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚的蝕（shí）損率反而分別比MgO—C磚高（gāo）0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕（shí）嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白（bái）雲石碳磚高溫抗氧化（huà）性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的（de）CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適（shì）合冶煉（liàn）鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火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（jiá）雜物不僅數（shù）量少，而且尺寸（cùn）很小和形態得到控製，合金元素成（chéng）分精準（zhǔn）並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水（shuǐ）從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終（zhōng）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能（néng）淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染（rǎn）環境。