徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材（cái）料或多或少地會對鋼水產生汙染（rǎn）。可是通過對白雲石（shí）質（鎂鈣質（zhì））耐火材料的理論研究和實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材（cái）料（liào）不（bú）但不汙染鋼水（shuǐ），反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等（děng）爐外精煉裝置中應（yīng）用日益增加（jiā）。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料主要包（bāo）括白雲石質（zhì）耐火材料、鎂白雲石（shí）質（zhì）耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材（cái）料。

其中，白（bái）雲石質耐火材料是指全部用煆（duàn）燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白（bái）雲石和鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料是用（yòng）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，MgO含量越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水（shuǐ）化能力（lì）越強；CaO含量（liàng）越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落性能和脫硫、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（yīng）該根據爐外精煉等熱工（gōng）設備的不同部位使用（yòng）條件，合理選擇（zé）鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐（nài）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，需要爐外精（jīng）煉除去鋼（gāng）中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學（xué）成（chéng）分和均勻化（huà）等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼（gāng）水中的S、P等雜質反應，使其轉（zhuǎn）移到爐渣中，具有（yǒu）除去雜質、淨化鋼水（shuǐ）的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）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。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗，研究人（rén）員對白雲石質耐火（huǒ）材料進行了許多試（shì）驗研究（jiū），取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮發性（xìng）是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮（huī）發性大（dà）大降低。因此，MgO質（zhì）材料中加入一定量的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（gāo）堿度渣，並且鋼水中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇（zé）氧（yǎng）勢盡可能（néng）低的耐火材料，Mg與（yǔ）Ca在高溫下以氣（qì）態存在，在鋼水中的溶解（jiě）度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精（jīng）煉設備應該選用鎂（měi）鈣質耐火材料。溫度升高不（bú）利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的（de）鎂鈣質耐火材料同樣也有利（lì）脫P。

鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）的熱震穩定性高（gāo）、抗渣滲透性好，特別是熔渣中（zhōng）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（shèn）透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精（jīng）煉設（shè）備內（nèi）襯耐火材料的水分及有（yǒu）機（jī）添加物。熱力學（xué）分析認為：要在1200℃下（xià）長期烘烤，充分排除其（qí）中的水分，就不存在鋼（gāng）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（duì）鋼中氧含量的（de）影響：王龍光等人認為（wéi）MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力（lì）學穩（wěn）定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度（dù）很小，被認為是防（fáng）止鋼水（shuǐ）增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響（xiǎng）：田琳（lín）等人試（shì）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（yīng）45min時（shí），脫S效（xiào）果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，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（miǎn）強還（hái）原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼（gāng）中P含（hán）量的影響。實驗結果（guǒ）表明：當澆注料中w（CaO）為（wéi）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（yàn）表明（míng），使用含C耐（nài）火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二（èr）次使用時，鋼水僅發生輕微增（zēng）C。

耐（nài）火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材（cái）料中的水分（fèn）以及其中的（de）有機粘結劑會（huì）對鋼（gāng）水（shuǐ）中的H含（hán）量產生（shēng）顯著影響。連鑄過程中，鋼（gāng）包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火（huǒ）材料對鋼中N(氮)含（hán）量（liàng）的影（yǐng）響：傳統耐火材料N含量（liàng）很（hěn）低，近年來氮化物在耐（nài）火材料中應用受到關注，如Sialon分解（jiě）對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要（yào），連鑄的（de）增（zēng）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（gāng）水中夾雜物的（de）影（yǐng）響：田琳等人研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，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（chú）鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火（huǒ）材料均使（shǐ）鋼水夾雜物（wù）數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火材料（liào）中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左（zuǒ）右，可有效地去除鋼（gāng）中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和（hé）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（huǒ）材料表麵上剝落下來上浮至（zhì）保護渣層中；在鎂鈣（gài）質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中（zhōng）夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁（liáng）義兵等人采用靜態坩堝法（fǎ）研究3種不鏽鋼冶煉用鎂（měi）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（de）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度高，較（jiào）不燒白（bái）雲石磚具有更好的（de）抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的（de）VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴（yán）重（chóng）得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度（dù）渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣（gài）磚。鎂（měi）鈣質材料具有（yǒu）良（liáng）好（hǎo）的抵抗高堿度（dù）熔渣的侵蝕和滲透能力，這是（shì）因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使（shǐ）材料表層（céng）致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有（yǒu）較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

承德鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂鈣磚種類複（fù）雜。除具備（bèi）鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真（zhēn）空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越（yuè）高（gāo），抗剝落性能（néng）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（qiáng）。

鎂鈣碳磚的（de）抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人采用煉（liàn）鋼轉爐的初期渣、中期渣和終（zhōng）期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的（de）侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產（chǎn）生結構剝落（luò），蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，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，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比（bǐ）MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為其在（zài）高溫中及被渣中∑FeO溶解（jiě），所以比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章（zhāng）等人（rén）研究結果表（biǎo）明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好（hǎo），抗（kàng）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，適合冶煉鋼（gāng）的電爐爐襯。

白雲石質耐火（huǒ）材料對潔淨鋼的影響（xiǎng）

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金屬夾雜物（wù）不（bú）僅數量少，而且尺寸很小和形態得（dé）到控製，合金元素成分精（jīng）準並且分布（bù）均勻，使（shǐ）鋼材（cái）具有高性能、高（gāo）品質。在鋼水（shuǐ）從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始（shǐ）終與鋼（gāng）水接（jiē）觸，一般耐火材料對鋼（gāng）水（shuǐ）或多或少總有（yǒu）些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染（rǎn）環境。