徐平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝的角度研究提高（gāo）鋼的（de）純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是（shì）認為（wéi）耐火（huǒ）材料（liào）或（huò）多或少地會（huì）對鋼水產生汙染。可是（shì）通過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研（yán）究和實際試（shì）驗，得出鎂（měi）鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水（shuǐ），並且也不汙（wū）染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外（wài）精煉裝置（zhì）中應（yīng）用日益增加。

白雲石（shí）與鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）的特征

白（bái）雲石（shí）（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然礦物原料，煆（duàn）燒後的理（lǐ）論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質（zhì）耐火材料主要包括白雲石質耐（nài）火材（cái）料、鎂白雲石（shí）質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

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（liào）的定型或不定形耐火材（cái）料；鎂白雲（yún）石和鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）是用鎂石與白雲石合成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含量的變化影響（xiǎng）鎂鈣（gài）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（lì）越強，高（gāo）溫（wēn）蠕變越大，抗剝落（luò）性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和（hé）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（bù）位（wèi）使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴（yán）格，需要爐外精煉除去鋼中雜（zá）質及夾雜物以及脫氣、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（zhōng），具有除去雜質、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，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長（zhǎng）爐襯壽命（mìng）、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料（liào）進行了（le）許（xǔ）多試驗研究，取得了很好的結（jié）果。

MgO在真空條件下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數（shù））就可使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（gèng）合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣（zhā）必須（xū）是CaO含量高的高（gāo）堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要（yào）低。要使O含量低，就（jiù）要選（xuǎn）擇氧勢（shì）盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫（wēn）下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣（gài）質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高（gāo）即堿度高（gāo）的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有（yǒu）利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性（xìng）高、抗（kàng）渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材（cái）料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自（zì）熔渣或精煉設（shè）備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（hōng）烤，充分排除其中（zhōng）的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水（shuǐ）性能的影響

耐（nài）火材料對鋼中氧含量（liàng）的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定（dìng）性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防（fáng）止鋼水增氧的（de）有效材料。

耐火材料對鋼（gāng）中S的影響：田琳等人試驗研究（jiū）鎂（měi）鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下（xià），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（chū）現“回S”現象。為了使鋼包獲得（dé）有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是（shì）很必要的（de），這樣（yàng）一方麵可以盡可能降（jiàng）低（dī）鋼包內襯的再氧化能力，另一（yī）方麵可以避免強還原（yuán）條件下（xià）鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火（huǒ）材料對鋼中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（yǐng）響。實驗結果表明：當（dāng）澆（jiāo）注料（liào）中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降（jiàng）低（dī），由原始的（de）0.1%降低到（dào）0.01%，進一步提高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅有小幅度降低。

耐火材（cái）料（liào）對鋼水（shuǐ）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。

耐火材料（liào）對鋼中（zhōng）H(氫)含（hán）量的（de）影響：耐火（huǒ）材料中的水分以及其中的有機粘結（jié）劑會對鋼水中的H含量產生（shēng）顯著影響。連鑄過程中，鋼包（bāo）和中間包係統中使用保護套管（guǎn）保護主（zhǔ）流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包（bāo）烘烤，能有效地降低鋼水的（de）吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統（tǒng）耐火材料N含（hán）量（liàng）很低，近年來氮化物在耐（nài）火材（cái）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，保護套管非常重要（yào），連鑄的增N點就是長水口保護，此（cǐ）處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼（gāng）水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明（míng）：在反應（yīng）30min的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾（jiá）雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與鎂鈣耐火材料中的（de）CaO反應，如CaO與（yǔ）Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複（fù）合化（huà）合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣（gài）)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣（gài）質耐火材料表麵，形成保（bǎo）護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上（shàng）浮至保護（hù）渣層（céng）中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜（jìng）態（tài）坩堝法研（yán）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度的AOD渣侵蝕和（hé）滲透能力比較強。燒（shāo）成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的（de）抗高堿度渣侵蝕性。堿度較（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（zhuān）抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕性（xìng）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侵蝕能力（lì）好於（yú）CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗（kàng）高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透（tòu）。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲（shèn）透能力，主要是熔渣對基（jī）質（zhì）的強溶蝕並滲透作用。

貴州鎂（měi）磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的性能及（jí）抗侵蝕（shí）的研究

鎂（měi）鈣碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除（chú）具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣（gài）碳磚比鎂碳磚（zhuān）具有更好的真空穩定性、抗熱（rè）震（zhèn）性。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時取決於CaO及C的（de）含（hán）量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝（bāo）落性能越（yuè）強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔（cuī）淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中（zhōng）期渣和（hé）終（zhōng）期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚（zhuān）的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）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（zhuān）的界（jiè）麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，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（jiě），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（shí）碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定（dìng）性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐（lú）爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中（zhōng）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（kòng）製，合金元素成（chéng）分精準並且（qiě）分布均勻（yún），使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整（zhěng）個過程中，耐火材料始終與鋼水（shuǐ）接觸（chù），一（yī）般耐火材料對鋼水或多或少總有些（xiē）汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金（jīn）屬夾雜物，而且不汙染環境。