徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的角度研究提高鋼的純淨度（dù），沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用（yòng），總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染（rǎn）。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐（nài）火材（cái）料的（de）理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材（cái）料不但不（bú）汙染鋼水（shuǐ），反而能淨化鋼（gāng）水，並且也不汙（wū）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（nài）火材料的（de）特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料（liào），煆燒後的理論組成為（wéi）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（shí）質耐（nài）火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指（zhǐ）全部用煆燒或電（diàn）熔的白雲石（shí）做原料的定型或不定形耐火（huǒ）材料；鎂白雲（yún）石（shí）和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火（huǒ）材料。MgO、CaO含量的變化（huà）影（yǐng）響鎂（měi）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（huà）能（néng）力越強；CaO含（hán）量（liàng）越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因（yīn）此，應（yīng）該根據爐外精煉等熱工設（shè）備的（de）不同部（bù）位（wèi）使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水（shuǐ）作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對（duì）鋼中（zhōng）的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）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、調整化學成分和均（jun1）勻化等（děng）。鎂鈣質耐火材料中的遊（yóu）離（lí）CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉移到爐渣中，具有（yǒu）除去雜質、淨化（huà）鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐（nài）火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備（bèi）的耐火材料。近年來（lái），為了淨化鋼（gāng）水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白（bái）雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取（qǔ）得了很好的結果。

MgO在真空條件下容（róng）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相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質（zhì）耐火材料，在高（gāo）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，要使鋼水S含（hán）量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並（bìng）且鋼水（shuǐ）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低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶（róng）解度很小（xiǎo），而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選（xuǎn）用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不（bú）利（lì）於脫P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高即堿度（dù）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（yě）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（tè）別是（shì）熔渣（zhā）中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化（huà）合物C2S或C3S,形（xíng）成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問（wèn）題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設（shè）備內襯耐火（huǒ）材料的水分及有機添加物。熱力學（xué）分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就（jiù）不存在（zài）鋼水中（zhōng）氫（qīng）（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料（liào）對（duì）鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響（xiǎng）：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高（gāo），具有（yǒu）很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，被認為是防止鋼水（shuǐ）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鋼水中S的反應，檢驗（yàn）鎂（měi）鈣質耐火材料的脫（tuō）S效果。結果（guǒ）表明：在1600℃下，反（fǎn）應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低（dī），出現“回S”現（xiàn）象。為了使鋼包獲得有效的脫（tuō）S效果，使用白雲（yún）石質鋼包（bāo）內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能（néng）降低（dī）鋼包內（nèi）襯的再氧化能力，另一方麵可以避（bì）免強（qiáng）還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料（liào）對鋼中P含（hán）量的影響：匡加才研（yán）究MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中（zhōng）P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含（hán）量僅有小幅（fú）度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的（de）影（yǐng）響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯（xiǎn）著增C，當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)含量的（de）影響：耐火材料中的水分以及其中的有機（jī）粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流（liú）時（shí），有機粘結（jié）劑導致（zhì）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N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮（dàn）化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造（zào）成增（zēng）N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保（bǎo）護套管非常重要，連鑄的增N點就是長（zhǎng）水口保（bǎo）護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火（huǒ）材料對鋼水（shuǐ）中夾雜物的影響：田（tián）琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能（néng）去（qù）除鋼水中的夾雜（zá）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（zá）物可與鎂（měi）鈣耐（nài）火材料中的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右（yòu），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（xī）附鎂鈣（gài）質耐火材料表麵（miàn），形（xíng）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（céng）中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量（liàng）越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐（nài）火材料的抗侵蝕性能（néng）：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究（jiū）3種不鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣磚的抗（kàng）渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高（gāo）堿度的AOD渣（zhā）侵蝕和滲透能力比較強。燒成白（bái）雲石磚基質部分致密程度高，較（jiào）不燒白（bái）雲（yún）石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於（yú）不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的（de）燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量（liàng）低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗（kàng）高堿度熔（róng）渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料（liào）作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和（hé）滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作（zuò）用。

韶關鎂磚之鎂鈣碳磚的性（xìng）能及抗侵蝕的（de）研究

鎂（měi）鈣碳磚主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒成（chéng）鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的（de）特（tè）性外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好的真空（kōng）穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳（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（xìng）能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

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（měi）鈣碳（tàn）磚及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進行實驗。實（shí）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（chǎn）生結構剝落，蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較（jiào）輕，是（shì）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磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高（gāo）溫中及被渣中∑FeO溶（róng）解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表（biǎo）明鎂（měi）白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩（wěn）定性好，抗（kàng）酸性熔（róng）渣能力強；而且（qiě）磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐（lú）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成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金（jīn）屬夾雜物不僅數量少，而且（qiě）尺寸很小和形態得到控製，合金（jīn）元素成分（fèn）精準（zhǔn）並且分布均勻，使鋼（gāng）材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過（guò）程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐（nài）火材（cái）料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有（yǒu）白雲石質即鎂鈣質耐火材料（liào）能淨化（huà）鋼水，除去鋼（gāng）中的非金屬夾雜物，而且不汙（wū）染環境。