徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼（gāng）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（zuò）用，總是認為耐火材料或多（duō）或（huò）少（shǎo）地會對鋼水（shuǐ）產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣（gài）質材料不但不汙染鋼水，反而能淨（jìng）化鋼水（shuǐ），並且也不汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與（yǔ）鎂鈣質（zhì）耐火材料的（de）特（tè）征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦物原料，煆燒後的理論組（zǔ）成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白（bái）雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐（nài）火材料、鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原（yuán）料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白（bái）雲石合成的耐火（huǒ）材料。MgO、CaO含量的變化影（yǐng）響鎂鈣質製品的高溫使用（yòng）性能，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（róng）渣的能（néng）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（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）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用條件（jiàn），合理（lǐ）選擇（zé）鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對（duì）淨化（huà）鋼（gāng）水作用的（de）影響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼等對鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等（děng）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中雜質及夾雜物以及脫氣（qì）、調整化學成（chéng）分和（hé）均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離（lí）CaO，易與鋼水中的（de）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（de）功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材（cái）料也適合用於（yú）冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉（liàn）潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊鋼等設備的耐（nài）火材料。近年來，為了淨化（huà）鋼水、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（yán）究，取得了很（hěn）好的結果。

MgO在真空（kōng）條件下容易揮發，而CaO對MgO的（de）揮發性是（shì）有影響的（de），含有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數）就可使MgO相對揮發（fā）性大大降低。因此，MgO質材料中加入（rù）一定量的CaO製成MgO—CaO質（zhì）耐火材料，在高溫（wēn）真空條件下使用比純（chún）MgO質耐火（huǒ）材料（liào）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，並且鋼水中溶解的O含量盡可（kě）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，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備（bèi）應該選用（yòng）鎂鈣質（zhì）耐火材料。溫度（dù）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，用CaO含量高的（de）鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性（xìng）高、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反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於（yú）H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或（huò）精煉設備內襯耐火材料（liào）的水（shuǐ）分及有機添加物。熱力（lì）學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，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。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧（yǎng）含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱（rè）力學穩定性高，具有很低（dī）的氧平衡分壓（yā），在鋼水（shuǐ）中（zhōng）的（de）溶解度（dù）很（hěn）小（xiǎo），被認為是防止鋼水（shuǐ）增氧的有效（xiào）材料。

耐（nài）火材料對鋼中S的影響（xiǎng）：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐（nài）火材料的脫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（tuō）S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡（jìn）可能降低鋼（gāng）包內襯的再（zài）氧化能力，另一方（fāng）麵可以避免強（qiáng）還（hái）原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼（gāng）中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含（hán）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（gāo）CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐（nài）火材料（liào）對鋼水碳含（hán）量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料（liào），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（huǒ）材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材（cái）料中的（de）水分以及其中的有機粘結（jié）劑會對鋼水中（zhōng）的H含量產生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中，鋼（gāng）包和中間包係統中使用保護套管保（bǎo）護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包（bāo）、中（zhōng）間包烘烤，能（néng）有效地降低鋼水的吸H量（liàng）。

耐火材料對鋼中N(氮)含（hán）量的影響：傳（chuán）統耐火材料N含量很低，近年來氮化（huà）物在耐火材（cái）料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成（chéng）增N。更大（dà）的增N量在鋼包與中間（jiān）包之間，保護套管（guǎn）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：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對（duì）管線鋼（gāng）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（cái）料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物（wù）數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與鎂鈣耐火材料中的（de）CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔（róng）點約為1400℃左右，可有效地去（qù）除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和（hé）C3S(矽酸三（sān）鈣)高（gāo）熔點化合物（wù）被吸附鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料表麵，形成保護（hù）層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣（zhā）層中（zhōng）；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶（yě）煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石（shí）磚抗高（gāo）堿度的AOD渣（zhā）侵蝕（shí）和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲（yún）石（shí）磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿（jiǎn）度（dù）較低的VOD爐（lú）渣（zhā）對三種（zhǒng）磚的（de）侵蝕和滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的（de）燒成鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的（de）鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高（gāo）堿（jiǎn）度熔渣的侵蝕（shí）和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層（céng）致密（mì）化而有效抑製熔（róng）渣的滲透。低堿度熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基（jī）質的強溶蝕並滲透作用。

北碚鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕的研究

鎂鈣碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂（měi）鈣磚（zhuān）種類複（fù）雜。除具（jù）備鎂（měi）鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能（néng）同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化（huà）鋼水的效果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的（de）抗侵蝕研（yán）究：崔（cuī）淑賢等人采用煉（liàn）鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別（bié）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（lǜ）比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生（shēng）結構剝落，蝕（shí）損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕（qīng），是因為在磚的界麵（miàn）上產生了（le）C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率（lǜ）反而分別比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）中及被渣中∑FeO溶解（jiě），所以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和（hé）熱震穩定（dìng）性（xìng）好，抗酸性熔渣（zhā）能力強；而且磚中的（de）CaO有利於鋼水的脫（tuō）O、脫S、脫P等，適（shì）合冶煉鋼的電爐（lú）爐襯（chèn）。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨（jìng）鋼係指鋼中有害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且（qiě）尺寸很（hěn）小和形態（tài）得到控製，合金元素成分精準並且分布均（jun1）勻（yún），使鋼材具有（yǒu）高性（xìng）能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終（zhōng）與鋼水接觸，一般耐火材料（liào）對鋼水或多或少總（zǒng）有些汙染，唯有白雲石（shí）質即（jí）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（bú）汙染環境。