徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼（gāng）的純淨度，沒有考（kǎo）慮與（yǔ）鋼水直接（jiē）接觸的耐（nài）火材料（liào）對鋼水的淨化作用，總是認為（wéi）耐火材料或多或（huò）少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲（yún）石質（鎂鈣（gài）質）耐火材料的理（lǐ）論研究和實際試驗，得出鎂鈣質（zhì）材料不但不汙染鋼水（shuǐ），反而能淨化鋼（gāng）水，並且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置（zhì）中應用日益增加（jiā）。

白雲（yún）石與鎂鈣質耐火材（cái）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%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料（liào）、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中（zhōng），白雲石質耐火材料是指全部用煆燒（shāo）或電（diàn）熔的白雲石做原料的定（dìng）型（xíng）或不定形耐火材料；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（liàng）的變（biàn）化影響鎂鈣質製品的高溫使（shǐ）用性（xìng）能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含（hán）量越高，抗高（gāo）SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕（rú）變越大（dà），抗（kàng）剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱（rè）工設備的不同部位使（shǐ）用條件，合理選擇鎂鈣（gài）質耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水（shuǐ）作用的影響（xiǎng）

潔淨鋼、特殊鋼等（děng）對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等（děng）夾雜（zá）物的含量要求嚴格，需要爐外精煉（liàn）除去鋼中雜質及夾雜物以（yǐ）及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的（de）遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其（qí）轉移到爐渣中，具有除去雜（zá）質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料也適合用於冶（yě）煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉冶煉（liàn）潔淨（jìng）鋼、純淨（jìng）鋼、特殊鋼等設（shè）備的耐火材料。近年來，為（wéi）了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，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（duì）揮發性（xìng）大大降低。因此，MgO質（zhì）材（cái）料中加入一定量的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（cái）料（liào）更合適。

鋼水中的脫（tuō）S反應（yīng）中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高（gāo）的高堿（jiǎn）度渣（zhā），並且鋼水中溶解的O含量盡（jìn）可能要低。要使O含量低（dī），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（zài），在鋼水中的溶解度（dù）很小，而CaO的氧勢（shì）也很小（xiǎo），因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但（dàn）鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此（cǐ），用CaO含量高的鎂鈣質耐火（huǒ）材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特（tè）別（bié）是熔渣（zhā）中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反應生成高熔點化（huà）合（hé）物C2S或（huò）C3S,形（xíng）成保護層，從而抑製（zhì）熔渣的滲透（tòu）。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其（qí）H主要來自熔渣或精煉（liàn）設備內襯耐火材料的水（shuǐ）分及有（yǒu）機添加物（wù）。熱力學分析認為：要在1200℃下長（zhǎng）期（qī）烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質（zhì）耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人（rén）認（rèn）為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱（rè）力學（xué）穩定性（xìng）高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被（bèi）認為是（shì）防止鋼水（shuǐ）增氧的有效材（cái）料。

耐火材料對鋼中S的影響（xiǎng）：田琳等人試驗研究（jiū）鎂鈣（gài）磚與鋼水中S的反（fǎn）應，檢驗鎂鈣質耐火材料（liào）的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫（tuō）S效（xiào）果更好，脫S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫（tuō）S率降低，出（chū）現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包（bāo）內襯是很（hěn）必要（yào）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原條件下鋼（gāng）包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐（nài）火材料對鋼中P含（hán）量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表（biǎo）明：當澆注料中（zhōng）w（CaO）為25%時，鋼中P含量（liàng）大幅度降低，由原始（shǐ）的0.1%降低到0.01%，進一步（bù）提高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：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品（pǐn）第二次使用時，鋼水僅發（fā）生輕微增C。

耐（nài）火材料對鋼中H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火材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（xiǎng）。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，有（yǒu）機粘結劑導致吸H。對（duì）鋼包、中間包烘（hōng）烤，能有效地降低（dī）鋼水的吸H量（liàng）。

耐火材料對鋼中N(氮（dàn）)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐（nài）火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與（yǔ）中間包之間，保護套管非常重要（yào），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（cái）料對（duì）鋼水中夾雜物的影響：田（tián）琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼（gāng）鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在（zài）反應30min的情況下，隻（zhī）有鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）能去（qù）除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物可（kě）與鎂鈣耐（nài）火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合（hé）物被吸附鎂（měi）鈣質耐（nài）火（huǒ）材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火（huǒ）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（de）活性CaO含量（liàng）越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜（jìng）態坩堝法研究（jiū）3種（zhǒng）不（bú）鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣磚的抗（kàng）渣性。試驗結果得出，CaO含（hán）量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分（fèn）致密程度高，較（jiào）不燒白雲石磚具有更好的（de）抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐（lú）渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多（duō）。相對而言（yán），燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的（de）鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲（shèn）透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作（zuò）用析出C3S，使材料（liào）表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有（yǒu）較（jiào）強的侵蝕和滲（shèn）透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲（shèn）透（tòu）作用。

寶坻鎂磚之鎂鈣（gài）碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣（gài）磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳（tàn）磚具有（yǒu）更好（hǎo）的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼（gāng）水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落（luò）性能（néng）越強。

鎂（měi）鈣碳磚（zhuān）的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用（yòng）煉鋼轉爐（lú）的初期渣、中（zhōng）期渣和（hé）終期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結（jié）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磚產生結構剝落（luò），蝕（shí）損（sǔn）最（zuì）嚴重（chóng）；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在（zài）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（sǔn）率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中（zhōng）及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵（qīn）蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震（zhèn）穩定性好，抗酸性熔（róng）渣能（néng）力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫（tuō）S、脫（tuō）P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質（zhì）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，非金屬夾雜物不僅數量（liàng）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（bù）均勻，使（shǐ）鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精（jīng）煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸（chù），一（yī）般（bān）耐火材料對鋼水或多或少（shǎo）總有些汙染，唯有白雲石質即鎂（měi）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（jìng）。