徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼（gāng）工（gōng）藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐（nài）火材（cái）料對鋼水的淨化（huà）作用，總是認為耐火材料或多或少（shǎo）地會對鋼水產生（shēng）汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和（hé）實際試驗，得出鎂鈣質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、精煉鋼（gāng）包等（děng）爐外（wài）精（jīng）煉裝（zhuāng）置中應用日益增加。

白雲石（shí）與鎂鈣（gài）質耐火材料的特征

白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理（lǐ）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白雲（yún）石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火（huǒ）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料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料是用鎂（měi）石（shí）與白雲石合成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含（hán）量的變化影響鎂鈣質製品的高（gāo）溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高（gāo）SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和（hé）脫（tuō）硫、脫磷的效果（guǒ）越好，但抗（kàng）水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的（de）不同部位使用條件，合理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔（jié）淨鋼（gāng）、特殊鋼等（děng）對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以（yǐ）及脫氣（qì）、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火（huǒ）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（chú）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（shì）合用於（yú）冶煉低氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備（bèi）的耐火（huǒ）材料。近（jìn）年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽（shòu）命、降（jiàng）低耐火材料消耗，研（yán）究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好（hǎo）的（de）結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮發（fā）性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數（shù））就可使（shǐ）MgO相對揮發（fā）性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材料，在高溫（wēn）真空條件下使用比純MgO質耐火（huǒ）材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量（liàng）低（dī），熔渣必須是CaO含量高的高堿度（dù）渣（zhā），並且鋼（gāng）水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選（xuǎn）擇（zé）氧勢盡可（kě）能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也（yě）很小，因此（cǐ），精煉設備應（yīng）該選（xuǎn）用（yòng）鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿（jiǎn）度高的熔渣有利脫（tuō）P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也（yě）有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性（xìng）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（huà）合物C2S或C3S,形成保護（hù）層，從而抑製熔渣的滲（shèn）透。

關於H含量的問（wèn）題，采用真空精（jīng）煉，其H主要來自熔渣或精煉設備（bèi）內襯耐火材料的水分及有（yǒu）機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存（cún）在鋼水中氫（H）含量增（zēng）高問題。

鎂鈣質耐火材料（liào）對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼（gāng）中氧含量的影響：王龍光等人認為（wéi）MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的（de）氧平衡分壓，在（zài）鋼（gāng）水中的溶解度很（hěn）小（xiǎo），被認為是（shì）防止鋼水增氧的（de）有效材料。

耐火材料對（duì）鋼中S的影（yǐng）響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中（zhōng）S的（de）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（lǜ）達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫（tuō）S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這（zhè）樣（yàng）一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧（yǎng）化能力，另一方麵可以避免強還原條（tiáo）件下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才（cái）研究（jiū）MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的（de）影響。實驗結果表明：當澆注（zhù）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CaO含量，鋼中P含量（liàng）僅（jǐn）有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響（xiǎng）：實（shí）驗（yàn）表（biǎo）明（míng），使用含（hán）C耐火材料（liào），鋼水顯著增C，當同（tóng）一製品（pǐn）第二次（cì）使用時，鋼水僅發（fā）生輕微增C。

耐火材（cái）料對（duì）鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的（de）水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產（chǎn）生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係（xì）統中使用保護套管（guǎn）保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包（bāo）、中間包烘烤（kǎo），能有效地降低鋼水的吸H量。

耐（nài）火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐（nài）火材（cái）料N含量很（hěn）低，近年來氮化物（wù）在耐火材料中應用受到關注，如（rú）Sialon分解對鋼水造（zào）成增N。更大的增N量在鋼包與中（zhōng）間包（bāo）之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此（cǐ）處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物（wù）的影響：田琳等人研（yán）究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔（jié）淨化的影響，實驗表明：在反應30min的（de）情況下，隻有鎂鈣質（zhì）耐火材料能去除鋼水中的夾雜（zá）物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。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的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去（qù）除（chú）鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高熔點化合物被吸附（fù）鎂鈣質耐火材料表麵，形成保（bǎo）護層，或者從鎂鈣質耐火材料（liào）表（biǎo）麵上（shàng）剝落下來上浮至保（bǎo）護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物（wù）的能力越強。

鎂（měi）鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕性能（néng）：梁義兵等人采用靜態坩（gān）堝法研究3種不（bú）鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出（chū），CaO含（hán）量高（gāo）的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力（lì）比（bǐ）較強。燒（shāo）成白雲石磚基質部分致密（mì）程度高，較不燒白雲石磚具有更好（hǎo）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（hé）滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴重得多。相對而言（yán），燒成的鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於（yú）不燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）能（néng）力好於CaO含量（liàng）低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材料具有良（liáng）好的抵抗高堿（jiǎn）度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂（měi）鈣材料作用析出C3S，使材料（liào）表層致密化而有效抑製熔（róng）渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的（de）強溶蝕並滲透作用。

東方鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵（qīn）蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量越高，抗（kàng）剝落性能越好，淨化鋼水（shuǐ）的效（xiào）果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落（luò）性能越強。

鎂鈣（gài）碳（tàn）磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終（zhōng）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（chū）期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生（shēng）結構剝落（luò），蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中（zhōng）期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別（bié）比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶（róng）解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章（zhāng）等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗（kàng）氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚（zhuān）中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶（yě）煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有（yǒu）害成分（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金屬夾雜物不僅數（shù）量（liàng）少，而且尺寸很小和形態得（dé）到控製，合金元素成（chéng）分精準並且分布均勻，使（shǐ）鋼材具有（yǒu）高性（xìng）能、高品質（zhì）。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接（jiē）觸，一般耐火材料（liào）對鋼水或多或少（shǎo）總有些汙染，唯有白雲石質（zhì）即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。