徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝的（de）角度（dù）研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與（yǔ）鋼水（shuǐ）直接接觸（chù）的耐火材料（liào）對鋼水的淨化作用，總是（shì）認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染（rǎn）。可是通過對白（bái）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（dàn）不汙染鋼水，反（fǎn）而能淨化鋼水，並且也不汙染（rǎn）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（shí）與鎂鈣（gài）質耐火材料的（de）特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料（liào），煆燒後的理論（lùn）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（kuò）白雲石（shí）質耐火材（cái）料、鎂白雲（yún）石質耐火材（cái）料、鎂鈣（gài）質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全（quán）部用煆燒或電熔（róng）的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂（měi）白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使（shǐ）用（yòng）性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水化能力越強；CaO含量越高（gāo），抗（kàng）高SiO2熔渣的能（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FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差。因此，應（yīng）該根（gēn）據爐外精煉等（děng）熱工設備的不同部位使用條件（jiàn），合理選擇鎂（měi）鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）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SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量要求嚴（yán）格，需要爐外精煉除去鋼（gāng）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（zhì）耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的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（néng）。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適（shì）合用於冶煉低氧鋼（gāng），是爐外（wài）精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐（nài）火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長（zhǎng）爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消（xiāo）耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許（xǔ）多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容（róng）易揮發，而CaO對MgO的（de）揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分（fèn）數（shù））就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定（dìng）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質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中（zhōng），要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含（hán）量高（gāo）的高（gāo）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（yào）選擇氧勢盡可能低（dī）的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態（tài）存（cún）在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質（zhì）耐火材料。溫度升（shēng）高（gāo）不利於脫（tuō）P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔（róng）渣有利脫P，因此（cǐ），用CaO含量高的鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）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（xíng）成保護層，從而（ér）抑（yì）製熔（róng）渣的滲透。

關於H含量的（de）問題，采用真空精（jīng）煉，其H主要（yào）來自熔渣或（huò）精煉設備內（nèi）襯耐火材（cái）料的水（shuǐ）分及有機添加物。熱（rè）力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水（shuǐ）中氫（H）含量增高問題。

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（yǐng）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）溶解度很小，被認為是防止鋼水（shuǐ）增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明（míng）：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過（guò）45min，脫S率降（jiàng）低（dī），出（chū）現“回S”現象。為（wéi）了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內（nèi）襯是很必要的，這樣一方麵（miàn）可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化（huà）能力（lì），另一方麵（miàn）可以避免強還原條件（jiàn）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（de）影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降（jiàng）低，由原始的0.1%降低（dī）到0.01%，進一步提高（gāo）CaO含量，鋼中（zhōng）P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量（liàng）的影響：實驗表明，使用含C耐（nài）火材料，鋼水顯（xiǎn）著增C，當同一製（zhì）品第二（èr）次使用時，鋼水僅發生輕（qīng）微增C。

耐火材料對鋼（gāng）中H(氫)含量的影響：耐（nài）火材料中的水分以及（jí）其中的有機粘結（jié）劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，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（shuǐ）的吸H量。

耐火（huǒ）材料對鋼中（zhōng）N(氮)含量的影響：傳統耐火（huǒ）材料N含量很低（dī），近年來氮化物在耐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量在鋼包與中間包之間，保護套管非（fēi）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（zhōng）夾雜物的影響：田琳等人（rén）研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）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（zhī）有鎂鈣（gài）質耐火材料能去除鋼水（shuǐ）中的夾雜物（wù），其餘的堿性耐火材料均使鋼（gāng）水夾雜物數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應（yīng）生成C2S(矽酸二鈣（gài）)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化（huà）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上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料（liào）中（zhōng）的活性CaO含量（liàng）越高，吸附鋼（gāng）水中夾雜物的（de）能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁（liáng）義（yì）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。試驗結果得出，CaO含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致密程（chéng）度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高（gāo）堿度（dù）渣侵蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，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（shāo）成鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度（dù）渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。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（yǔ）鎂鈣材料作用析出C3S，使材料（liào）表層致密化而有效抑製熔渣的（de）滲透。低堿度熔渣具（jù）有（yǒu）較強的侵蝕（shí）和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

北京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，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定（dìng）性（xìng）、抗（kàng）熱（rè）震性。鎂鈣碳磚的性能同（tóng）時取決於CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性能越（yuè）好，淨化鋼水的效果也（yě）越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝（bāo）落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢（xián）等（děng）人采用煉鋼轉爐的初期渣、中（zhōng）期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：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（shēng）結（jié）構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是（shì）因為在磚的界（jiè）麵上（shàng）產生了C2S保護（hù）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（zài）高溫（wēn）中及被渣中（zhōng）∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重（chóng）。

孫惠章等人研究結果（guǒ）表（biǎo）明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適（shì）合冶煉（liàn）鋼的電爐（lú）爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指（zhǐ）鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非（fēi）常少，非金屬夾（jiá）雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到（dào）控（kòng）製，合金元素（sù）成分精準並且分布均（jun1）勻（yún），使鋼材具有高性（xìng）能、高品（pǐn）質。在鋼水從冶煉到（dào）精煉的（de）整個過程中（zhōng），耐火材料始終與鋼水（shuǐ）接觸，一般耐火材料對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（jìng）化鋼水，除（chú）去鋼中的非金屬夾（jiá）雜物，而且不汙染環境。