徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材料對鋼水的（de）淨化作用，總是認為耐火材（cái）料或多或少地會對（duì）鋼水產生汙染。可是通（tōng）過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣（gài）質材（cái）料（liào）不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙（wū）染環（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等爐（lú）外（wài）精（jīng）煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料（liào）的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成為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（bái）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（yún）石質耐（nài）火材料（liào）是指全部用煆燒（shāo）或電熔的白雲（yún）石做原料的定型或不定形（xíng）耐（nài）火材（cái）料；鎂白雲石（shí）和鎂鈣質（zhì）耐火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（zhì）製品的高溫使用（yòng）性（xìng）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，抗（kàng）剝落性（xìng）能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性（xìng）能越差。因此，應該根據爐（lú）外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）中的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、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）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、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與（yǔ）鋼水中（zhōng）的S、P等雜質反應，使（shǐ）其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼（gāng）水的功（gōng）能。由於（yú）CaO的氧勢很低（dī），鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼、特（tè）殊鋼（gāng）等設備的耐火材料。近年來（lái），為了（le）淨化鋼（gāng）水、延長（zhǎng）爐（lú）襯壽命、降低耐火材料（liào）消耗，研究人員（yuán）對白（bái）雲石質耐火材料進行了許多試（shì）驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數）就可（kě）使MgO相（xiàng）對揮（huī）發性大大降低。因（yīn）此（cǐ），MgO質材料中加入（rù）一（yī）定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐火材料（liào），在高溫真空條件下（xià）使用比純MgO質耐火（huǒ）材（cái）料更合適。

鋼水中的脫S反（fǎn）應中，要使鋼水S含量低（dī），熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣（zhā），並且鋼水中溶（róng）解（jiě）的O含（hán）量盡可能要（yào）低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可（kě）能低（dī）的耐（nài）火（huǒ）材料，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（liàn）設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度升高（gāo）不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿（jiǎn）度高的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的熱震穩定性高、抗渣滲透（tòu）性好，特別是熔（róng）渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中（zhōng）的CaO反應生成高熔點化合物C2S或（huò）C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空（kōng）精煉，其H主（zhǔ）要來自熔（róng）渣或精煉設備內襯耐火材料的水分（fèn）及有（yǒu）機添加物。熱（rè）力學分析認為（wéi）：要在1200℃下長期（qī）烘烤，充分（fèn）排除其中的水分，就不存在（zài）鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能（néng）的影響

耐火（huǒ）材料對（duì）鋼中氧含量的影（yǐng）響：王龍（lóng）光等人認為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中的CaO熱力（lì）學穩定（dìng）性（xìng）高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解（jiě）度很小（xiǎo），被認為是防止鋼（gāng）水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳（lín）等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出（chū）現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白（bái）雲（yún）石質鋼包內襯是（shì）很必（bì）要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧（yǎng）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（yǐng）響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質澆注料對（duì）鋼中P含量的影響。實（shí）驗結果表明：當澆注料中（zhōng）w（CaO）為25%時（shí），鋼（gāng）中P含量大幅（fú）度降低，由原（yuán）始的0.1%降低到0.01%，進一步（bù）提高（gāo）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：實驗表明，使用（yòng）含C耐火材料，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C。

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

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳統耐火材（cái）料N含（hán）量很（hěn）低，近年來氮化物在耐（nài）火材料中應用受到關注，如（rú）Sialon分（fèn）解對鋼水（shuǐ）造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間（jiān），保護套管非常重要，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：田琳等（děng）人研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材（cái）料對管線鋼鋼水潔淨化的（de）影響（xiǎng），實驗表明：在反應30min的情況（kuàng）下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼（gāng）水中的夾雜物，其餘的堿（jiǎn）性（xìng）耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂（měi）鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合物，熔點約為1400℃左右，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（gāo）熔（róng）點化合物被吸附鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂（měi）鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附（fù）鋼水中夾雜物的能力（lì）越（yuè）強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結（jié）果得出，CaO含量高（gāo）的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵（qīn）蝕和滲透能力比較（jiào）強。燒成白雲石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爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高（gāo）堿度渣嚴（yán）重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好（hǎo）於（yú）CaO含量（liàng）低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透（tòu）能力，這是因為（wéi）渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密（mì）化而有效抑製熔渣的滲透（tòu）。低堿度熔渣具有（yǒu）較（jiào）強（qiáng）的侵蝕（shí）和（hé）滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

蕪湖鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的性（xìng）能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成鎂鈣磚種類（lèi）複雜。除具備鎂鈣磚（zhuān）的特性外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳磚（zhuān）具有更好的真空穩定（dìng）性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳（tàn）磚的性（xìng）能同時取決於（yú）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；C含（hán）量越高，抗渣侵蝕和抗剝落（luò）性（xìng）能越強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵（qīn）蝕（shí）研究：崔淑賢等人（rén）采（cǎi）用煉鋼（gāng）轉爐的初（chū）期渣、中期渣和終期渣分（fèn）別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初（chū）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（bāo）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（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為其（qí）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（míng）鎂白雲石碳磚高溫抗氧（yǎng）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S、脫P等，適合冶煉鋼的（de）電爐爐襯（chèn）。

白雲石質耐（nài）火材料對（duì）潔（jié）淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非（fēi）常少，非金屬（shǔ）夾雜物（wù）不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控（kòng）製，合金元素成分精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材具（jù）有高性能、高品質。在鋼水從冶煉（liàn）到精（jīng）煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或（huò）少總有些汙染，唯有白雲石質即（jí）鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料能淨化（huà）鋼（gāng）水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不（bú）汙染環境。