徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純（chún）淨度，沒有考（kǎo）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（nài）火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣（gài）質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材（cái）料（liào）不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並（bìng）且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應（yīng）用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦物原料，煆燒後的（de）理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包（bāo）括白雲石（shí）質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質（zhì）耐火材料。

其中，白雲石質耐火（huǒ）材料是指全部用煆燒或電（diàn）熔（róng）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用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣（gài）質製品的高溫使用（yòng）性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力（lì）越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變（biàn）越大，抗剝落性（xìng）能和脫硫、脫磷的效果越好（hǎo），但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱（rè）工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化（huà）鋼（gāng）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（yuán）素及SiO2、Al2O3等夾雜（zá）物的含量要（yào）求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物（wù）以及脫（tuō）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等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具（jù）有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶煉低氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純（chún）淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材（cái）料。近（jìn）年來，為了淨化鋼（gāng）水、延長（zhǎng）爐（lú）襯壽命、降低（dī）耐火材料消耗，研究人員對（duì）白雲石質耐火（huǒ）材料進行了許多試驗研（yán）究，取得了很好的結果。

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）就可使（shǐ）MgO相對揮發性（xìng）大大降低。因（yīn）此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐（nài）火材料更合適。

鋼水中的脫S反應（yīng）中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的（de）高堿度渣，並且鋼水中（zhōng）溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶（róng）解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精（jīng）煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但（dàn）鋼包中采用CaO含（hán）量高即堿度高的熔渣有（yǒu）利（lì）脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利（lì）脫P。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的熱（rè）震穩定性高、抗渣滲透性好，特別（bié）是熔渣中SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透（tòu）。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料（liào）的水分及有（yǒu）機添加物。熱力學分（fèn）析認為：要在1200℃下長期烘烤（kǎo），充分排（pái）除其中（zhōng）的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐（nài）火材料對鋼水性能的影響

耐火材料（liào）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壓，在鋼水中的溶解度很小，被（bèi）認為是（shì）防（fáng）止（zhǐ）鋼水（shuǐ）增（zēng）氧（yǎng）的有效（xiào）材料。

耐火材料對鋼中（zhōng）S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中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（zài）1600℃下，反應45min時，脫S效果（guǒ）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（bāo）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（miàn）可（kě）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）強還原條（tiáo）件下鋼包渣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：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降（jiàng）低，由原始（shǐ）的0.1%降低到0.01%，進一步（bù）提高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料（liào）對鋼水碳含量的影響（xiǎng）：實驗表明，使用含（hán）C耐火材料，鋼（gāng）水顯著增C，當同一製品（pǐn）第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的（de）影響：耐火材料中的水分以及其中的有（yǒu）機粘（zhān）結劑會對（duì）鋼（gāng）水中的H含量產生（shēng）顯（xiǎn）著影響。連（lián）鑄過程中，鋼包和中間包係統中（zhōng）使（shǐ）用保護套管保護主流時，有機粘結劑（jì）導致吸（xī）H。對鋼（gāng）包、中間包烘烤，能有效地降低（dī）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（cái）料N含量很低，近（jìn）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N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重（chóng）要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處（chù）增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人（rén）研究了鎂（měi）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（yīng）30min的情況下，隻有鎂鈣（gài）質耐火材料能去除鋼水中的（de）夾（jiá）雜物（wù），其餘的堿性耐火材料均（jun1）使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂（měi）鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化（huà）合物，熔點約為1400℃左右，可（kě）有效（xiào）地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應（yīng）生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點（diǎn）化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）表（biǎo）麵上剝（bāo）落（luò）下來（lái）上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的活性CaO含量越高（gāo），吸（xī）附鋼水（shuǐ）中夾雜物的（de）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研究3種不（bú）鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白（bái）雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白（bái）雲石磚基（jī）質部分致密程度高，較不燒白雲石磚（zhuān）具有更好的抗高（gāo）堿度渣侵蝕性。堿度（dù）較（jiào）低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂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（shāo）成鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量（liàng）低的（de）鎂鈣磚。鎂鈣質材料具（jù）有良好的抵（dǐ）抗高堿度熔渣的侵蝕和（hé）滲透能（néng）力，這是因（yīn）為渣與鎂鈣材料作用析（xī）出C3S，使材料（liào）表層致密化而有效抑製熔渣的滲透（tòu）。低堿度熔（róng）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並滲透作用。

廣（guǎng）西鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳（tàn）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（zhuān）種類（lèi）複雜。除具備鎂鈣（gài）磚的特性外，鎂鈣碳磚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（jí）C的含量。CaO含量越高（gāo），抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含（hán）量越高，抗渣侵蝕和抗剝落（luò）性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究（jiū）：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣（zhā）和終期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗（yàn）結果表明：初期渣（zhā）MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為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（chǎn）生了C2S保護層；可是中期渣（zhā）和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反（fǎn）而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中（zhōng）∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究（jiū）結果（guǒ）表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和（hé）熱震穩定（dìng）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，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火（huǒ）材料對潔淨（jìng）鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金（jīn）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（zhǔn）並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質（zhì）。在鋼水從冶煉到（dào）精煉的（de）整個過程中，耐火材料（liào）始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙（wū）染，唯有白雲石質即鎂鈣（gài）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（rǎn）環境。