徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼的純淨度，沒有考慮（lǜ）與鋼水直（zhí）接接觸的耐火材料對鋼水的（de）淨化作用，總是認為耐火材料或（huò）多或少地會對（duì）鋼水產生汙染。可是通（tōng）過對白雲（yún）石質（鎂鈣質（zhì））耐火材料（liào）的理論（lùn）研究和實際試驗，得出鎂鈣質材（cái）料不但不（bú）汙染鋼水，反（fǎn）而能淨化鋼水，並且（qiě）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）是天然礦物原料，煆（duàn）燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐（nài）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（nài）火（huǒ）材料。

其中，白雲石質耐（nài）火材料是指全部用煆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（yún）石和鎂鈣質耐火（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質製（zhì）品的高溫使用（yòng）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（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能（néng）力越強，高溫（wēn）蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好（hǎo），但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性（xìng）能越差。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（hé）理選擇鎂鈣質耐（nài）火材料中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼等（děng）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（gé），需要（yào）爐（lú）外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及（jí）脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離（lí）CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等雜質反應（yīng），使其轉移到爐渣中，具（jù）有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很（hěn）低，鎂（měi）鈣質耐火材料也適合用於冶（yě）煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等（děng）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，研究人員（yuán）對白雲石質耐火材料進行了許多試驗（yàn）研究，取得了很好的（de）結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而（ér）CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）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（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質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中（zhōng），要使鋼水S含量低，熔渣必（bì）須是CaO含量高的高堿（jiǎn）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（de）氧勢也很小，因（yīn）此，精煉設備應該選用鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料。溫度升高不利於脫（tuō）P，但鋼包中采用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（huǒ）材料同樣也有利（lì）脫P。

鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料（liào）的熱震（zhèn）穩定（dìng）性高、抗渣滲透（tòu）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（hé）物（wù）C2S或C3S,形成保護層（céng），從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其（qí）H主要來自熔渣或精（jīng）煉設（shè）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℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增（zēng）高問題（tí）。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對鋼水性能的影響

耐（nài）火材（cái）料對（duì）鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材（cái）料（liào）中（zhōng）的CaO熱力（lì）學穩定（dìng）性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料（liào）。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫（tuō）S效果。結果表（biǎo）明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率（lǜ）降低，出現“回S”現（xiàn）象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫S效果，使（shǐ）用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方（fāng）麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方（fāng）麵可以避免強還原條件下鋼包渣（zhā）導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才（cái）研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含（hán）量的影（yǐng）響。實驗結果表明：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量（liàng）大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高（gāo）CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料（liào）對鋼水碳含量的影響：實驗（yàn）表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼（gāng）水僅發生（shēng）輕微增C。

耐火材料對鋼（gāng）中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及（jí）其中的有機（jī）粘結劑會對鋼水中的H含（hán）量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包（bāo）和中間包係統中使用保護套管保護主流時（shí），有（yǒu）機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能（néng）有效地降低鋼水的吸（xī）H量（liàng）。

耐火材料對（duì）鋼（gāng）中N(氮)含量的影響：傳統耐火（huǒ）材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應（yīng）用受到關（guān）注（zhù），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（lín）等人研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材（cái）料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實（shí）驗表明：在反應30min的情況（kuàng）下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼（gāng）水夾雜物（wù）數量（liàng）增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的（de）CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去（qù）除鋼（gāng）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（hé）物被吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表麵（miàn），形成保護（hù）層，或者從鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵上剝落（luò）下來（lái）上浮至保護渣層中（zhōng）；在鎂（měi）鈣質耐火材（cái）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（bīng）等（děng）人（rén）采用靜態（tài）坩堝法研究3種不鏽鋼冶（yě）煉用鎂鈣磚的抗渣性。試（shì）驗結果（guǒ）得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕（shí）和滲（shèn）透能力比較強。燒成白（bái）雲石（shí）磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵（qīn）蝕和滲（shèn）透比（bǐ）高堿度渣嚴（yán）重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵（qīn）蝕（shí）性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成（chéng）鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿（jiǎn）度渣侵（qīn）蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料（liào）具（jù）有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這（zhè）是因為渣與鎂（měi）鈣材料作用析出C3S，使材料表層（céng）致密化而有效抑製熔渣（zhā）的滲透（tòu）。低堿（jiǎn）度（dù）熔渣具有（yǒu）較強的侵蝕（shí）和滲透（tòu）能力，主要是熔渣對（duì）基質的強溶蝕並（bìng）滲透作用。

牡丹江鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂碳磚具有更好的真（zhēn）空穩定性、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳（tàn）磚的性能同（tóng）時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好（hǎo）；C含量越高，抗渣（zhā）侵蝕和抗剝（bāo）落性能（néng）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（bié）對鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚的侵蝕進（jìn）行實驗。實驗結果（guǒ）表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）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，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護（hù）層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別（bié）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（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章（zhāng）等（děng）人研究結果表明鎂白雲（yún）石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩（wěn）定性好，抗酸性熔（róng）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（xiǎng）

潔淨（jìng）鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成（chéng）分精準並且分布（bù）均勻（yún），使鋼材（cái）具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到（dào）精煉的整個過程中，耐火材（cái）料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或（huò）多或少總（zǒng）有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣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。