徐平坤

以前（qián），從煉鋼工藝的角度研究提（tí）高（gāo）鋼的純淨度，沒有考（kǎo）慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可（kě）是（shì）通過對白雲石質（鎂（měi）鈣質（zhì））耐火材料的理（lǐ）論研究和實際試驗，得出鎂（měi）鈣質材料（liào）不但不汙染鋼水（shuǐ），反而能淨化鋼水，並且也不汙（wū）染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉（liàn）裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原（yuán）料（liào），煆燒後的理論組（zǔ）成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火（huǒ）材料主要包括白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全（quán）部用煆燒或電熔的（de）白雲石做原料的（de）定型或不定形耐火材料（liào）；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）的變化影響鎂鈣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（kàng）高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大（dà），抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越（yuè）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，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）火材料對淨化鋼水作用的影響

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等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調（diào）整化學成分和均勻（yún）化等。鎂鈣質耐火材料中的（de）遊離CaO，易與鋼水中的S、P等（děng）雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化（huà）鋼水的功能。由於CaO的氧勢很（hěn）低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是（shì）爐外精煉冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長（zhǎng）爐襯壽命、降低耐火材料消（xiāo）耗，研究人員對白雲（yún）石質耐（nài）火材料（liào）進行了許（xǔ）多試驗研（yán）究，取得了很好的（de）結果。

MgO在（zài）真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可（kě）使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下（xià）使用（yòng）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，並且鋼水中溶解的O含量（liàng）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料，Mg與（yǔ）Ca在（zài）高溫下以氣態存在，在鋼水（shuǐ）中（zhōng）的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂（měi）鈣質耐火材料。溫度升高不（bú）利於脫P，但鋼包中采用CaO含量（liàng）高即堿度高的（de）熔渣有利脫P，因此，用CaO含量（liàng）高的鎂鈣質耐火材料同（tóng）樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣（zhā）中SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高（gāo）熔點化合物C2S或C3S,形（xíng）成保護層，從而抑製熔渣（zhā）的滲（shèn）透。

關於H含量的（de）問題，采（cǎi）用真空精煉，其H主（zhǔ）要來自熔渣或（huò）精煉設備內襯耐火材料的（de）水（shuǐ）分及有機添加物。熱力學分析認為（wéi）：要在1200℃下長期（qī）烘烤（kǎo），充分排除其中的水分，就不存在（zài）鋼水（shuǐ）中氫（H）含量增（zēng）高問題（tí）。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能（néng）的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材（cái）料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），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：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中S的反（fǎn）應，檢（jiǎn）驗鎂鈣質耐火材料的（de）脫S效（xiào）果。結果（guǒ）表（biǎo）明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好（hǎo），脫S率達70.12%；超過（guò）45min，脫S率（lǜ）降低，出現“回S”現象。為（wéi）了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫（tuō）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（jiàng）低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵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：匡（kuāng）加才研究MgO—CaO質澆注料對（duì）鋼中P含（hán）量的影響。實驗結（jié）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（shǐ）的0.1%降低到（dào）0.01%，進一步（bù）提高CaO含量，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（biǎo）明，使（shǐ）用含C耐火（huǒ）材料，鋼（gāng）水顯著增C，當同（tóng）一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕（qīng）微增（zēng）C。

耐火材料（liào）對（duì）鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料（liào）中的水分以及其中的（de）有機粘結（jié）劑會（huì）對鋼水中的H含量產（chǎn）生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套（tào）管保護主流時，有機粘結劑導致（zhì）吸H。對（duì）鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸（xī）H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳（chuán）統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用（yòng）受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常（cháng）重要，連鑄的增N點就是（shì）長水口保護，此處增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜（zá）物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材（cái）料對管（guǎn）線（xiàn）鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明（míng）：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質（zhì）耐火材料能（néng）去除鋼水中的夾（jiá）雜物，其餘的堿性耐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（zhōng）的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複（fù）合化合（hé）物，熔點約為1400℃左右，可有（yǒu）效地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）物（wù）。CaO與SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔（róng）點化合（hé）物被（bèi）吸附鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料（liào）表（biǎo）麵上剝（bāo）落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越（yuè）高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料的抗侵（qīn）蝕性能：梁義兵等人采（cǎi）用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂鈣磚的抗（kàng）渣性。試驗結果得（dé）出，CaO含量高的（de）白雲石磚抗高（gāo）堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕和滲透能（néng）力比較強。燒（shāo）成白雲石磚基（jī）質部分致密（mì）程度高，較不燒白雲石磚具有更（gèng）好的抗高堿度渣侵蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵（qīn）蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂（měi）鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕（shí）性明顯好於（yú）不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣（gài）質材料具有良好的抵抗高堿度熔（róng）渣（zhā）的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與（yǔ）鎂鈣材料作用析出C3S，使（shǐ）材料表層致密化而有效抑製熔渣（zhā）的滲透。低堿度熔渣具有較（jiào）強的侵蝕和滲透能力，主要（yào）是熔渣（zhā）對基質的強溶蝕並滲透作用。

遼陽鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳（tàn）磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種（zhǒng）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、抗熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能（néng）越好，淨化鋼水的效果也越（yuè）好；C含量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗剝落（luò）性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵（qīn）蝕研究：崔淑（shū）賢等人（rén）采（cǎi）用煉鋼（gāng）轉爐的初期渣、中期（qī）渣和終期渣（zhā）分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的（de）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（le）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（sūn）惠章等人研究結果表明鎂白雲石（shí）碳磚高溫抗氧（yǎng）化性和熱震（zhèn）穩（wěn）定性（xìng）好（hǎo），抗酸（suān）性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於（yú）鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對（duì）潔淨鋼的影響

潔淨鋼（gāng）係指鋼中有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金屬（shǔ）夾雜物不僅數量少，而且尺寸（cùn）很小和形態得到控製，合金（jīn）元素（sù）成分（fèn）精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能（néng）、高品質。在（zài）鋼水從冶煉到精（jīng）煉（liàn）的整個過程中，耐火材（cái）料始終與鋼水接（jiē）觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲（yún）石質即鎂鈣（gài）質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。