徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純（chún）淨度，沒有考慮（lǜ）與鋼（gāng）水直接接觸的耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水（shuǐ）產生汙染。可是通過對白雲（yún）石質（鎂（měi）鈣質）耐火（huǒ）材料的理論研究和實際試驗，得（dé）出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，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（rì）益增加。

白（bái）雲石（shí）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（zhí）為1.93。鎂鈣質耐（nài）火材料主要包（bāo）括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質（zhì）耐火材料、鎂鈣質（zhì）耐火材料。

其（qí）中，白雲石質耐火材（cái）料是指全部用煆燒或電熔的（de）白雲石做原料的定型或不（bú）定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材（cái）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品的高溫使用性能（néng），MgO含（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高（gāo）溫蠕變越大，抗剝落性能和脫（tuō）硫、脫（tuō）磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能越差。因此，應該根據（jù）爐（lú）外精煉等熱（rè）工設備的不同部位使（shǐ）用條（tiáo）件（jiàn），合理選擇鎂鈣質耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）火材料（liào）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（gé），需要（yào）爐（lú）外精煉除（chú）去鋼中雜質（zhì）及夾雜（zá）物以及脫氣、調（diào）整化（huà）學成分（fèn）和（hé）均勻化等。鎂（měi）鈣質耐火材料中的遊（yóu）離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐（lú）渣中（zhōng），具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶煉低氧（yǎng）鋼，是爐外（wài）精（jīng）煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的（de）耐（nài）火材（cái）料。近（jìn）年來，為了淨化鋼水、延長爐（lú）襯壽命、降（jiàng）低耐（nài）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（jié）果。

MgO在真空條件下容易（yì）揮發（fā），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（dà）大降低。因（yīn）此（cǐ），MgO質材料（liào）中加（jiā）入（rù）一（yī）定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下（xià）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含量低，熔渣必須是CaO含量（liàng）高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要（yào）使O含量低，就要選擇氧勢盡可（kě）能低的耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下以（yǐ）氣態存在，在鋼水中的溶（róng）解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉（liàn）設（shè）備應該選用鎂（měi）鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用（yòng）CaO含（hán）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材（cái）料同樣也有利（lì）脫P。

鎂鈣質（zhì）耐（nài）火（huǒ）材料的熱震穩定性高（gāo）、抗渣滲透性好，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（diǎn）化合物（wù）C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題（tí），采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設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（zài）1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水（shuǐ）分，就（jiù）不存在鋼水中氫（H）含量增高問題（tí）。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的（de）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，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的（de）溶（róng）解度很小，被認為是防止（zhǐ）鋼水增（zēng）氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的（de）影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐（nài）火材料的脫S效（xiào）果。結果表明：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率降低，出現“回S”現象。為（wéi）了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質（zhì）鋼包內襯是很（hěn）必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還（hái）原條件下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影（yǐng）響。實驗結果表明：當澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大（dà）幅度降低，由原始的0.1%降低到（dào）0.01%，進（jìn）一步提高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（shí）驗表明，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（shuǐ）僅發生輕微增（zēng）C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火（huǒ）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（zhe）影響（xiǎng）。連鑄過程中（zhōng），鋼包和中間包係統（tǒng）中使用保護套管保護主（zhǔ）流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效（xiào）地降低鋼水的吸H量（liàng）。

耐火材料對鋼中N(氮)含（hán）量的影響：傳（chuán）統耐火材（cái）料N含量很低，近年來氮化物（wù）在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解（jiě）對鋼水造成增N。更大的（de）增N量在（zài）鋼包與中間包之間（jiān），保護套管非（fēi）常（cháng）重要（yào），連鑄的增N點就是長水口保護（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響（xiǎng），實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材（cái）料能去（qù）除鋼水中的夾雜物，其餘（yú）的（de）堿（jiǎn）性耐火材料均使鋼水（shuǐ）夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂（měi）鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的（de）複合化合（hé）物，熔（róng）點（diǎn）約（yuē）為（wéi）1400℃左右，可（kě）有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應（yīng）生成（chéng）C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵（miàn）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含量越高，吸附鋼水（shuǐ）中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料（liào）的抗侵蝕性能（néng）：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不（bú）鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣性。試驗結果得出（chū），CaO含量高的白雲石磚抗（kàng）高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較（jiào）強。燒成白雲石磚基質部分（fèn）致（zhì）密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗（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（xiàng）對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕（shí）能力好於CaO含量（liàng）低（dī）的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高（gāo）堿度（dù）熔渣的侵（qīn）蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣（gài）材料作用析出C3S，使材（cái）料表層致密化而有效（xiào）抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能（néng）力，主要是熔渣對（duì）基質的強溶蝕並滲透作用。

巴南鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

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（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真（zhēn）空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性（xìng）能同時取決（jué）於（yú）CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝（bāo）落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚（zhuān）的抗（kàng）侵蝕研究：崔（cuī）淑賢等人采用煉鋼轉爐（lú）的初期渣、中（zhōng）期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進（jìn）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磚產生結構剝落，蝕損最嚴重（chóng）；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較輕（qīng），是因為在磚的（de）界麵上產生了C2S保護（hù）層；可是中期渣和（hé）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%，因為其在高溫（wēn）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（jiū）結果表（biǎo）明鎂白雲石碳磚高溫抗（kàng）氧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（lì）於鋼水的脫O、脫（tuō）S、脫P等（děng），適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨（jìng）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，非金屬夾（jiá）雜物（wù）不僅數量少（shǎo），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（shǐ）鋼材（cái）具（jù）有（yǒu）高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉（liàn）的整個過程中，耐火材料始（shǐ）終（zhōng）與鋼水接（jiē）觸，一般耐火材料對（duì）鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼（gāng）中的非金屬夾雜物，而且（qiě）不汙染環境。