徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼（gāng）水直接接觸的耐火材料對鋼水的（de）淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對（duì）鋼水產生汙染。可是通過對白雲（yún）石質（鎂鈣（gài）質（zhì））耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材（cái）料不但不汙染鋼水（shuǐ），反而能淨化（huà）鋼水，並且也不汙染環境（jìng），在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增（zēng）加。

白雲石與鎂（měi）鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後（hòu）的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為1.93。鎂鈣質耐（nài）火材料主要包（bāo）括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料（liào）。

其中（zhōng），白（bái）雲石質耐火材料是（shì）指全部用煆燒（shāo）或（huò）電熔的白雲石（shí）做原料的（de）定型或不（bú）定形耐（nài）火（huǒ）材料；鎂白雲石和鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料是用（yòng）鎂石與（yǔ）白雲石合成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用（yòng）性能，MgO含量越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越（yuè）強（qiáng），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侵蝕的性（xìng）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，合（hé）理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼等對鋼中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜（zá）質（zhì）及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等（děng）雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除（chú）去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於（yú）CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼（gāng），是爐（lú）外精煉冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼（gāng）水、延長（zhǎng）爐襯壽命、降低耐火材料消（xiāo）耗，研究（jiū）人員對白（bái）雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很（hěn）好的結果（guǒ）。

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（jiù）可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成（chéng）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（liào）更合（hé）適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低（dī），熔渣必須是CaO含量高的高堿度（dù）渣，並且鋼（gāng）水中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要（yào）使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低（dī）的耐火材料，Mg與Ca在（zài）高溫下以氣（qì）態存在，在鋼水中的溶（róng）解（jiě）度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度（dù）升高不利於脫P，但鋼包中（zhōng）采用CaO含量高即堿度高的熔渣（zhā）有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣（yàng）也有利脫P。

鎂鈣質耐（nài）火材料的熱震（zhèn）穩定性高、抗渣（zhā）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（yīng）生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而（ér）抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問（wèn）題，采用真空精煉，其H主要來（lái）自熔渣或精煉設備內襯（chèn）耐火材料的水分及（jí）有機（jī）添加物。熱力（lì）學分析（xī）認為：要在1200℃下長期烘烤（kǎo），充分排除其中的水分，就不存（cún）在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性（xìng）能的影響

耐火材料（liào）對鋼中氧含量的影響：王龍光等人（rén）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（zhōng）的溶解（jiě）度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田（tián）琳（lín）等（děng）人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反（fǎn）應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果（guǒ）表明：在1600℃下，反應（yīng）45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超（chāo）過（guò）45min，脫S率降低，出現“回（huí）S”現象。為了使鋼（gāng）包獲（huò）得有效的脫（tuō）S效（xiào）果，使用白雲石質鋼包內襯是很（hěn）必要（yào）的，這樣一（yī）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（yǐ）避免強還原條件下（xià）鋼包渣導致（zhì）耐火材（cái）料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影（yǐng）響：匡加才研究MgO—CaO質（zhì）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（wéi）25%時，鋼中P含（hán）量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含（hán）量（liàng），鋼中P含量僅有小（xiǎo）幅度降低。

耐火材料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，當同一製品第二（èr）次使用時，鋼水僅發生輕微增（zēng）C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響（xiǎng）：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。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保（bǎo）護套管保護主流時，有機（jī）粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼包（bāo）、中間（jiān）包烘烤，能有效（xiào）地降低鋼水的吸H量。

耐火材料（liào）對鋼（gāng）中N(氮)含量的（de）影（yǐng）響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物（wù）在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解（jiě）對鋼水（shuǐ）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，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（děng）人研究了鎂鈣、鎂（měi）鋁、鎂鉻耐（nài）火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，隻有鎂鈣質耐（nài）火材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數（shù）量（liàng）增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可與鎂鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除（chú）鋼中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點（diǎn）化合物被（bèi）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（biǎo）麵上剝（bāo）落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能（néng）力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法（fǎ）研究3種不（bú）鏽鋼冶（yě）煉用鎂（měi）鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得出（chū），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（yún）石磚基質部分（fèn）致密程度高，較（jiào）不燒白雲石（shí）磚具有更好的抗高堿（jiǎn）度渣侵蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐渣對三（sān）種磚的侵（qīn）蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於（yú）不燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於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透（tòu）能力（lì），這是因為渣與鎂（měi）鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化（huà）而有效抑製熔渣的滲透（tòu）。低（dī）堿度熔渣具有較強的侵（qīn）蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

大理鎂磚之鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒（shāo）成鎂鈣磚種類複雜。除具備（bèi）鎂鈣磚的特性（xìng）外，鎂鈣（gài）碳（tàn）磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時（shí）取決於CaO及C的含量。CaO含量越高（gāo），抗剝落性（xìng）能越好，淨化鋼水的效（xiào）果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能（néng）越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期（qī）渣、中期渣和終期渣分別對（duì）鎂（měi）鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗（yàn）結（jié）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）結構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕較輕，是因為在磚的界（jiè）麵上產生（shēng）了（le）C2S保護層；可是（shì）中期渣和（hé）終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）中（zhōng）及被渣中∑FeO溶（róng）解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳（tàn）磚（zhuān）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（gāng）水的脫O、脫S、脫（tuō）P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響（xiǎng）

潔淨鋼係指鋼中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含量非（fēi）常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且（qiě）尺寸很小和形態得到（dào）控製，合金元素成（chéng）分精準並且分布均勻，使鋼（gāng）材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個（gè）過程中，耐火材料始終與鋼水接（jiē）觸，一（yī）般耐（nài）火（huǒ）材料對鋼水或多或少總（zǒng）有（yǒu）些汙染（rǎn），唯（wéi）有白雲石質即鎂鈣質耐火（huǒ）材料能淨化鋼（gāng）水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾（jiá）雜物，而且不（bú）汙染環境。