徐平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝的角度研究提高（gāo）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淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會（huì）對鋼水產生汙染。可是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣（gài）質（zhì））耐火材料的理（lǐ）論研究和實際試驗，得（dé）出鎂鈣質材（cái）料（liào）不但不汙染鋼水，反而能淨（jìng）化鋼水，並且也不汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝（zhuāng）置（zhì）中應用（yòng）日益增加。

白雲（yún）石與鎂鈣質（zhì）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耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火（huǒ）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；鎂白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石與白雲石合（hé）成（chéng）的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣（gài）質製品的（de）高溫使用性能（néng），MgO含量（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）力（lì）越強；CaO含量越高，抗高（gāo）SiO2熔渣的能（néng）力越強，高溫蠕變越大（dà），抗剝落性能和脫硫、脫磷的（de）效（xiào）果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根（gēn）據爐外精煉等熱工設備的不同部位（wèi）使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐火材料對淨化鋼水作用的（de）影響

潔淨鋼、特殊（shū）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（yào）求嚴格，需要爐外（wài）精煉除去鋼中雜質（zhì）及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻（yún）化等。鎂鈣（gài）質（zhì）耐（nài）火材料中的遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等（děng）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（zhì）耐（nài）火（huǒ）材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼、特殊鋼（gāng）等設備的耐火材料。近（jìn）年來，為了淨化鋼水、延長爐（lú）襯壽命、降低（dī）耐火材料消（xiāo）耗，研究人員對白雲石質（zhì）耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的（de）結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是（shì）有影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大（dà）降低。因此，MgO質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（chún）MgO質耐（nài）火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低（dī），熔（róng）渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使（shǐ）O含量低，就（jiù）要選擇（zé）氧（yǎng）勢盡可能低的耐火（huǒ）材料，Mg與Ca在高溫下（xià）以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的（de）氧勢也很小，因此，精煉設備應該（gāi）選用鎂鈣質耐火材（cái）料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣（zhā）有利脫P，因此（cǐ），用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣（gài）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,形成保護（hù）層，從而抑製（zhì）熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真（zhēn）空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內（nèi）襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學（xué）分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分（fèn），就不存在鋼水中（zhōng）氫（H）含（hán）量增高問題。

鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料對鋼水性能（néng）的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為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（fèn）壓，在鋼水中的溶解度很小，被（bèi）認為是防止鋼水增氧的（de）有（yǒu）效（xiào）材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研（yán）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S率降低，出現“回S”現象。為了使（shǐ）鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內（nèi）襯是很必（bì）要的，這樣（yàng）一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再（zài）氧化（huà）能力，另一方麵（miàn）可以避免強（qiáng）還原條件（jiàn）下鋼包渣（zhā）導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中（zhōng）P含量的影響：匡加才（cái）研究（jiū）MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表（biǎo）明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由（yóu）原（yuán）始的0.1%降低到0.01%，進一步提（tí）高（gāo）CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐（nài）火材料對鋼水（shuǐ）碳含量的影響：實驗表明，使用（yòng）含C耐火材料（liào），鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增C。

耐火（huǒ）材料對鋼中H(氫)含量（liàng）的影響：耐火材料中的水分以及（jí）其中（zhōng）的有（yǒu）機粘結劑會對（duì）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（néng）有效地降（jiàng）低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮（dàn）)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮（dàn）化物在耐（nài）火材料中應用受到關注，如（rú）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（hù）套（tào）管非常重要，連鑄的增N點就是長水口（kǒu）保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對（duì）鋼水中夾（jiá）雜物的影響：田琳等人研究（jiū）了鎂鈣、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（qíng）況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾（jiá）雜物，其餘的（de）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（cái）料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物（wù），熔點約為1400℃左右，可有效（xiào）地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高熔點化合物被吸（xī）附（fù）鎂（měi）鈣質耐火材料表麵，形（xíng）成保護層，或者從鎂鈣（gài）質耐火材料表麵上剝落下來上浮至（zhì）保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越（yuè）高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法（fǎ）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（bái）雲（yún）石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲（yún）石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚（zhuān）具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿（jiǎn）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。相對而言，燒（shāo）成的（de）鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕能（néng）力好於CaO含量低（dī）的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有（yǒu）良好的抵（dǐ）抗高堿度熔（róng）渣的侵蝕和（hé）滲透能力，這（zhè）是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而（ér）有效抑製熔渣（zhā）的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強（qiáng）溶蝕並滲透作用。

恩施（shī）鎂（měi）磚之鎂（měi）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（jiào）燒成鎂鈣磚種類複雜（zá）。除具備鎂鈣磚的特（tè）性外，鎂鈣碳磚比鎂碳（tàn）磚具有（yǒu）更好的真空穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨（jìng）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。

鎂（měi）鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳（tàn）磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗（yàn）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MgO—C磚（zhuān）產（chǎn）生（shēng）結（jié）構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵（miàn）上產生了C2S保（bǎo）護（hù）層；可是中期渣和（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%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫（sūn）惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高（gāo）溫抗（kàng）氧化性和熱震（zhèn）穩定性好，抗酸性（xìng）熔渣能力強；而且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼水的脫O、脫S、脫P等（děng），適合冶煉鋼的電（diàn）爐爐襯。

白（bái）雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常（cháng）少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程（chéng）中（zhōng），耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐（nài）火材料（liào）對鋼水（shuǐ）或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火材料能淨化鋼（gāng）水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不（bú）汙染環境。