徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝的（de）角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與（yǔ）鋼水直接（jiē）接觸的耐（nài）火材（cái）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。可是通過（guò）對白雲（yún）石質（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理論研究（jiū）和實際試驗（yàn），得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而（ér）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，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為1.93。鎂鈣質耐火（huǒ）材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲（yún）石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是（shì）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；鎂白雲石（shí）和鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料（liào）是用鎂石與白雲石合成的耐（nài）火材料（liào）。MgO、CaO含量的變化影響鎂（měi）鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含（hán）量越高（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（liú）、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使（shǐ）用條件，合理選（xuǎn）擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲石質耐火材料對淨（jìng）化鋼水（shuǐ）作用的影（yǐng）響

潔淨（jìng）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（gāng）中雜質及夾雜物以及脫氣、調（diào）整化學成（chéng）分和（hé）均勻化（huà）等。鎂鈣質耐（nài）火材料中的遊離CaO，易與鋼（gāng）水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低（dī），鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長（zhǎng）爐襯壽命、降（jiàng）低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮發性（xìng）是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數）就可使MgO相對揮發性大（dà）大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製（zhì）成（chéng）MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材（cái）料更（gèng）合適。

鋼水中的（de）脫S反應中，要使（shǐ）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（hán）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（yǐ）氣態存在，在鋼（gāng）水（shuǐ）中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精（jīng）煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高（gāo）不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度（dù）高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂（měi）鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性（xìng）好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應（yīng）生成（chéng）高熔（róng）點化（huà）合（hé）物C2S或C3S,形成保護（hù）層，從而（ér）抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要（yào）來自熔渣或精煉設備內襯（chèn）耐火（huǒ）材料的水分及有機添加物。熱力學分（fèn）析認為：要在1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問（wèn）題。

鎂鈣質耐火材料對（duì）鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高（gāo），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（shuǐ）增（zēng）氧（yǎng）的有效材（cái）料。

耐火（huǒ）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，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更（gèng）好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的（de）脫S效果，使用白（bái）雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡（jìn）可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另（lìng）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（dù）降低，由原始的（de）0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含（hán）量（liàng）僅有小（xiǎo）幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量（liàng）的影響（xiǎng）：實驗表明，使用含（hán）C耐火材料，鋼水顯著增C，當同（tóng）一製品第二次（cì）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（nài）火材（cái）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）程中，鋼包和中間包係統（tǒng）中使用保護（hù）套管保護主流時，有（yǒu）機粘結劑導（dǎo）致吸H。對鋼包、中間包（bāo）烘烤，能有效地降（jiàng）低鋼水的吸H量。

耐火材（cái）料對鋼（gāng）中N(氮)含量的影響（xiǎng）：傳（chuán）統耐火材料N含（hán）量很低（dī），近年來氮化物在耐火材料（liào）中（zhōng）應用受到（dào）關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包（bāo）與中間包（bāo）之間，保護套管非常重要，連鑄的（de）增N點（diǎn）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、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔（jié）淨化的影響，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（yú）的堿性耐火材料均使鋼水夾雜（zá）物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火（huǒ）材（cái）料（liào）中（zhōng）的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（yòu），可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高（gāo）熔（róng）點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形成保護層，或（huò）者從鎂鈣質耐火材料（liào）表麵上剝落下來上浮至保護渣（zhā）層（céng）中；在鎂鈣質耐火材（cái）料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水（shuǐ）中夾雜（zá）物的能力（lì）越強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的抗侵（qīn）蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶（yě）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堿度的（de）AOD渣侵蝕和滲透能力（lì）比較強。燒（shāo）成白雲（yún）石磚基質部分致密程（chéng）度（dù）高，較不燒白雲石磚具（jù）有更好的抗（kàng）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）堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明顯好於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的（de）燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕能力好於CaO含量低的（de）鎂鈣（gài）磚（zhuān）。鎂鈣質材料（liào）具有良好的（de）抵抗高堿度熔渣的侵蝕和（hé）滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔（róng）渣具有較強的侵蝕和滲透（tòu）能（néng）力（lì），主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透（tòu）作用。

阿（ā）克蘇（sū）鎂（měi）磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的（de）研究

鎂鈣碳磚主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特（tè）性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好（hǎo）的真空穩定性、抗熱震性。鎂（měi）鈣碳磚的性（xìng）能同時取（qǔ）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（shuǐ）的效果也越好；C含（hán）量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗（kàng）剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔（cuī）淑賢等人采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期（qī）渣、中期渣（zhā）和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗（yàn）結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落（luò），蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了（le）C2S保護層（céng）；可是中期渣和終期（qī）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（wéi）其在高溫中及被渣中∑FeO溶（róng）解，所以比MgO—C磚侵（qīn）蝕嚴重（chóng）。

孫惠章等人（rén）研究結果（guǒ）表明鎂白雲石碳磚高（gāo）溫抗氧化性（xìng）和熱震穩定性（xìng）好，抗酸性熔渣能力（lì）強；而且磚中的（de）CaO有（yǒu）利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼（gāng）的電爐爐（lú）襯。

白雲（yún）石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔（jié）淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金屬夾（jiá）雜物（wù）不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中（zhōng），耐火材料始終與鋼水接觸，一般（bān）耐火材料對鋼水或多或少總有（yǒu）些汙染（rǎn），唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中（zhōng）的非金屬夾（jiá）雜物，而且不汙染環境。