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）慮與鋼水直接接觸（chù）的耐火材料對鋼水（shuǐ）的淨化作用，總是認為耐火材料或多（duō）或少地會（huì）對（duì）鋼水產生汙染。可是通過對白雲（yún）石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料的理論研究和實際試驗，得（dé）出鎂鈣質（zhì）材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲（yún）石與鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）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%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質（zhì）耐火材料、鎂（měi）白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料（liào）。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒（shāo）或電熔的白雲石做原料的定型（xíng）或不定（dìng）形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂（měi）石與白雲（yún）石合成的耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）的變（biàn）化影響鎂鈣（gài）質製（zhì）品（pǐn）的高溫（wēn）使用性能，MgO含量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越（yuè）強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣（zhā）的能力越強，高溫蠕變越（yuè）大，抗剝落性能和（hé）脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精（jīng）煉等熱工設備（bèi）的不同部位使用條件，合理選擇鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲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等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐（lú）外精（jīng）煉除去鋼中雜質及（jí）夾雜物以及脫氣、調整化學成（chéng）分和均（jun1）勻化等（děng）。鎂鈣（gài）質耐火材料中的遊離CaO，易與（yǔ）鋼水中的S、P等（děng）雜質（zhì）反應，使（shǐ）其轉移到爐渣（zhā）中，具有除去雜（zá）質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料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（cái）料。近年（nián）來，為了（le）淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗（hào），研究人員對白雲石質耐火（huǒ）材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果（guǒ）。

MgO在真空條件（jiàn）下容（róng）易（yì）揮發，而CaO對MgO的揮發性是（shì）有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就（jiù）可使（shǐ）MgO相對（duì）揮（huī）發性大大降低。因此（cǐ），MgO質材料中（zhōng）加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料（liào），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，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼（gāng）水中溶解的O含量盡（jìn）可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡（jìn）可能低的耐火材料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐（nài）火材料。溫（wēn）度升（shēng）高不利（lì）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（hán）量高的鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火（huǒ）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,形成保護層，從而（ér）抑製熔（róng）渣的滲透。

關（guān）於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要（yào）來自熔渣（zhā）或（huò）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1200℃下長期烘（hōng）烤，充分排除其（qí）中的水分（fèn），就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響（xiǎng）

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認（rèn）為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力（lì）學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解（jiě）度很小，被（bèi）認為是防止鋼水（shuǐ）增氧的有效材（cái）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：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（dī），出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用（yòng）白雲石質鋼包內襯是很必要（yào）的，這樣一方麵可以盡（jìn）可能降低鋼包內襯的再（zài）氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下（xià）鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐（nài）火材（cái）料對（duì）鋼中P含量的影響：匡加（jiā）才研究（jiū）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：實驗表明，使用含（hán）C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次（cì）使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫（qīng）)含（hán）量的影響：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（xiǎn）著影響。連鑄過程（chéng）中，鋼包和中間包（bāo）係統中（zhōng）使用保護套（tào）管保（bǎo）護主流時，有機（jī）粘結劑導致（zhì）吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量（liàng）。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響（xiǎng）：傳統耐火（huǒ）材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用（yòng）受到關注，如Sialon分解對鋼（gāng）水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間（jiān）包之間，保護套管非常重要，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（gāng）水中夾雜（zá）物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火材料對管線鋼（gāng）鋼水潔淨化的影響（xiǎng），實驗表明：在反應30min的情況下（xià），隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中（zhōng）的（de）夾雜物，其餘的堿（jiǎn）性耐（nài）火材料均（jun1）使鋼（gāng）水夾雜（zá）物數量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合（hé）物，熔點約為1400℃左右，可有效地去（qù）除鋼（gāng）中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸二鈣)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中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越（yuè）高，吸附（fù）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（rén）采（cǎi）用靜態坩堝法研究3種不鏽（xiù）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（zhuān）基（jī）質部分致密程度高，較不燒（shāo）白雲石（shí）磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕（shí）和滲透比高堿度渣嚴重得多。相（xiàng）對而言（yán），燒成（chéng）的（de）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明（míng）顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能（néng）力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好（hǎo）的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透（tòu）能力，這是因為渣與鎂鈣（gài）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。低堿度熔渣具有較強的侵蝕（shí）和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕（shí）並滲透（tòu）作用。

昌（chāng）吉（jí）鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕（shí）的研究

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

鎂鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究（jiū）：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣（zhā）分別對鎂鈣碳磚及（jí）鎂碳磚的侵蝕進行（háng）實驗（yàn）。實驗結（jié）果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較（jiào）輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保（bǎo）護層；可是中期渣和終期渣（zhā），MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂（měi）白雲石碳磚高溫抗氧化性（xìng）和熱震穩定性（xìng）好（hǎo），抗酸性熔（róng）渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的（de）脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐（lú）襯。

白雲石質耐（nài）火材料（liào）對潔淨鋼（gāng）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（jīn）屬夾雜物不（bú）僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分（fèn）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（guò）程中，耐火材料始終與（yǔ）鋼水接觸（chù），一般（bān）耐火材料（liào）對鋼水或多或少總有些汙（wū）染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材（cái）料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。