徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼（gāng）水（shuǐ）的淨化作用，總是認（rèn）為（wéi）耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙（wū）染。可是通過對白雲（yún）石質（鎂鈣質）耐火材料的（de）理論研究（jiū）和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能（néng）淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征（zhēng）

白雲石（CaCO3·MgCO3）是（shì）天（tiān）然礦物原料，煆（duàn）燒後（hòu）的理論（lùn）組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料（liào）主（zhǔ）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（cái）料。

其（qí）中，白雲石質耐（nài）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；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是（shì）用鎂石與白雲石合成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含量（liàng）的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，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SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，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侵蝕的性能越差。因（yīn）此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選（xuǎn）擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐火（huǒ）材料對（duì）淨化鋼水作用的影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾（jiá）雜物以及（jí）脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等（děng）雜質（zhì）反應，使（shǐ）其轉移（yí）到爐渣中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也（yě）適合用於冶煉低氧鋼，是爐外（wài）精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯（chèn）壽命、降低耐火材料消耗，研（yán）究人員對白雲石質（zhì）耐火材料進行（háng）了許多試驗研究，取得（dé）了很好的結果。

MgO在真空條件（jiàn）下（xià）容易揮發，而（ér）CaO對MgO的揮發性是有影響的（de），含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大（dà）大降低。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MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水（shuǐ）S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水（shuǐ）中溶解的O含量盡可能（néng）要低。要使O含量低，就要選擇氧（yǎng）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（zhōng）的溶解度很小，而CaO的氧勢也很（hěn）小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量（liàng）高（gāo）即堿（jiǎn）度高的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同（tóng）樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗（kàng）渣滲（shèn）透性好，特（tè）別是熔（róng）渣中SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐（nài）火材料中的CaO反（fǎn）應（yīng）生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣（zhā）的滲透。

關於H含量的問題，采用真空（kōng）精（jīng）煉，其H主要來（lái）自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有（yǒu）機（jī）添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期（qī）烘烤，充分排除其中的水（shuǐ）分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質（zhì）耐火材料對鋼水（shuǐ）性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光（guāng）等人認為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中（zhōng）的（de）CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼（gāng）水中的溶解度（dù）很小，被（bèi）認為是防止鋼水增（zēng）氧（yǎng）的有（yǒu）效材料。

耐火材料對鋼（gāng）中S的影響：田琳等（děng）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：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。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用（yòng）白雲石（shí）質鋼包內襯（chèn）是很必要的，這樣一方麵可以盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧化能力，另（lìng）一方麵可以避免強還原（yuán）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（yǐng）響：匡加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注料對鋼中P含（hán）量的影響（xiǎng）。實驗結果表明：當澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅（fú）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：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材（cái）料對鋼中H(氫)含量的（de）影（yǐng）響：耐（nài）火材（cái）料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄（zhù）過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套（tào）管保護主（zhǔ）流時，有機粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有（yǒu）效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳統耐火材料N含量很（hěn）低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增（zēng）N。更（gèng）大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄（zhù）的增N點就是長水口保護（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾（jiá）雜物的影響：田琳等人（rén）研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼（gāng）水潔（jié）淨化的影響（xiǎng），實驗表明：在反應30min的（de）情況下（xià），隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜（zá）物，其餘的堿性耐火（huǒ）材料均使（shǐ）鋼水夾雜（zá）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（yīng）生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除（chú）鋼中Al2O3夾雜物。CaO與（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高（gāo）熔點化（huà）合物被吸附鎂鈣（gài）質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料（liào）中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物（wù）的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽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（jiǎn）度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分（fèn）致密（mì）程度高，較不燒白雲石磚具有更好的（de）抗高堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高（gāo）堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵（qīn）蝕性明顯（xiǎn）好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣（gài）磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕能力（lì）好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣（gài）質材料具有良好的抵抗（kàng）高堿度熔渣的侵（qīn）蝕（shí）和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料（liào）作用析出C3S，使材料表層（céng）致密化而有效抑製（zhì）熔渣的滲透。低（dī）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溶蝕（shí）並滲透作用（yòng）。

甘肅鎂（měi）磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具（jù）備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真（zhēn）空穩定（dìng）性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的（de）性能同時（shí）取決於CaO及C的（de）含量。CaO含量（liàng）越（yuè）高，抗（kàng）剝落性能越好，淨化鋼水的（de）效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越（yuè）強（qiáng）。

鎂鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢等人采用（yòng）煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終（zhōng）期渣分別（bié）對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕（shí）損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期（qī）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。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中（zhōng）的CaO有利（lì）於鋼水的脫O、脫S、脫（tuō）P等（děng），適合冶煉鋼的電（diàn）爐爐襯（chèn）。

白雲石（shí）質耐火材料對潔淨（jìng）鋼的（de）影響

潔淨鋼係（xì）指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），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（jīn）元素成分精準並且（qiě）分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在（zài）鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終（zhōng）與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少（shǎo）總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐（nài）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。