徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度（dù）研究提（tí）高（gāo）鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接（jiē）接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為（wéi）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（nài）火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙（wū）染鋼水，反而能淨（jìng）化（huà）鋼水，並且也不汙染環境，在（zài）AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的（de）特征

白雲（yún）石（shí）（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原（yuán）料，煆燒後的理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）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，白雲石質耐火（huǒ）材（cái）料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定（dìng）形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是（shì）用鎂石與白雲石合成（chéng）的耐火材料（liào）。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高（gāo）溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗（kàng）水化能力越強；CaO含量越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能（néng）力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的（de）效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應（yīng）該（gāi）根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用（yòng）條件，合理選擇鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對（duì）淨化鋼水（shuǐ）作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼（gāng）中的雜質O、S、P、C、H、N等元（yuán）素及SiO2、Al2O3等夾雜（zá）物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及（jí）夾雜物以及脫氣、調整化學成分（fèn）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（yīng），使其轉移（yí）到爐渣中，具有除（chú）去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼（gāng）等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽（shòu）命、降低耐火材料消耗，研（yán）究人員對白雲石（shí）質耐火材料進行了（le）許多試（shì）驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條（tiáo）件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大（dà）降低（dī）。因此，MgO質材料（liào）中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高（gāo）溫真空（kōng）條件下使用比純MgO質耐火（huǒ）材料更合適。

鋼水中的脫S反應（yīng）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O含量低，就要選擇氧勢盡可能（néng）低的耐火材料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度（dù）很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣（gài）質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼（gāng）包（bāo）中采用CaO含量高即堿（jiǎn）度高的熔（róng）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。

鎂鈣質耐（nài）火材料的熱震穩定（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（hù）層，從而（ér）抑製熔渣的滲（shèn）透。

關（guān）於H含量的（de）問題，采用真空（kōng）精（jīng）煉，其H主要來自熔渣（zhā）或精煉設備內（nèi）襯（chèn）耐（nài）火材（cái）料的水分及有機（jī）添加（jiā）物。熱（rè）力學分析認為（wéi）：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就（jiù）不存在鋼水中（zhōng）氫（H）含（hán）量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對（duì）鋼水性能的影響

耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）中氧含量的影響：王龍光等人認為（wéi）MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力（lì）學穩定性高，具（jù）有很低的氧平衡（héng）分壓，在鋼（gāng）水中的溶解度很小，被認為是防（fáng）止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼（gāng）中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗鎂鈣質（zhì）耐火材料的脫S效果。結（jié）果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效（xiào）果更好，脫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（huò）得有效的脫S效（xiào）果（guǒ），使用白雲石質鋼包內襯是很必（bì）要（yào）的，這（zhè）樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力（lì），另一方麵（miàn）可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響（xiǎng）：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗（yàn）結（jié）果表明：當澆注料（liào）中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大（dà）幅度降低，由原始的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（dī）。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用（yòng）含C耐火（huǒ）材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增（zēng）C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響（xiǎng）：耐（nài）火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過（guò）程（chéng）中，鋼包（bāo）和中間（jiān）包（bāo）係統（tǒng）中使用保護套管保護主流（liú）時，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（de）吸H量。

耐火材料對鋼中（zhōng）N(氮)含量的影響（xiǎng）：傳統耐火材（cái）料N含量很低，近年來氮（dàn）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（dà）的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的（de）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（shuǐ）中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管（guǎn）線鋼鋼水潔淨（jìng）化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣（gài）質耐火材料能（néng）去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿（jiǎn）性耐（nài）火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐（nài）火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合物，熔點約（yuē）為1400℃左右，可（kě）有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應（yīng）生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物（wù）被吸附鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵，形成保（bǎo）護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上（shàng）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（gāng）水中夾雜物的能力（lì）越強。

鎂鈣質耐火材料的抗（kàng）侵蝕性能：梁義兵等人采用靜（jìng）態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高（gāo）堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能力比較強。燒成（chéng）白雲石磚基質部（bù）分致密程度高，較不燒（shāo）白雲石磚具（jù）有更好的抗高（gāo）堿（jiǎn）度渣侵蝕性（xìng）。堿度較低的VOD爐渣對三（sān）種（zhǒng）磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重（chóng）得多。相對而（ér）言，燒成的鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於不燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良（liáng）好的（de）抵抗高堿度熔渣的侵蝕（shí）和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣（gài）材料作用析出C3S，使（shǐ）材料（liào）表層致密化而有（yǒu）效抑（yì）製熔渣的滲透。低堿度熔渣具（jù）有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。

蘭州鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂（měi）鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特（tè）性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定（dìng）性、抗熱震性。鎂（měi）鈣碳磚的性能同時取決於（yú）CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落（luò）性（xìng）能越好，淨化鋼水的效果（guǒ）也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗剝（bāo）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。實驗結果表（biǎo）明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產生結構剝落，蝕（shí）損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較（jiào）輕（qīng），是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分（fèn）別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳（tàn）磚高（gāo）溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫（tuō）S、脫P等（děng），適合冶煉鋼（gāng）的電爐爐襯。

白（bái）雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非常（cháng）少，非金屬夾雜物不僅數量少（shǎo），而且尺寸很小和（hé）形態得到控製，合（hé）金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶（yě）煉到精煉的（de）整個過程中，耐火材（cái）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，唯有白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火材料能淨化（huà）鋼（gāng）水，除去鋼中的非金屬夾雜（zá）物，而且不汙染環境。