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（duì）鋼水的淨化作用，總是認為耐火材（cái）料或多或少地會對鋼水產生汙染（rǎn）。可是通過對白雲石（shí）質（鎂（měi）鈣質（zhì））耐火材料的理論研究和實際試驗，得出（chū）鎂鈣質（zhì）材料（liào）不但不汙染鋼水，反（fǎn）而能淨化鋼水（shuǐ），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（huǒ）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（bǐ）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（liào）、鎂鈣質耐火材（cái）料。

其中，白雲石質耐（nài）火材料是指全部用煆燒或電（diàn）熔的白雲石做原料的定型或不定形（xíng）耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料（liào）是用鎂石與白（bái）雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）的變化（huà）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（néng）力越（yuè）強；CaO含量（liàng）越高，抗（kàng）高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越（yuè）大，抗剝落性能（néng）和脫硫、脫磷的效果（guǒ）越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）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（tiáo）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鋼水作用的影響

潔（jié）淨鋼、特殊鋼等對鋼（gāng）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（yán）格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和（hé）均（jun1）勻化等（děng）。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，具有除去（qù）雜質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂（měi）鈣質耐火材料也適合用於（yú）冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備（bèi）的耐火（huǒ）材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降（jiàng）低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在（zài）真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮（huī）發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮（huī）發（fā）性（xìng）大大降低。因此，MgO質材（cái）料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料（liào），在高溫真空條件下（xià）使用比純MgO質（zhì）耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要（yào）使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣（zhā），並（bìng）且（qiě）鋼水中溶解的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（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質耐火（huǒ）材料。溫（wēn）度（dù）升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此（cǐ），用CaO含量高的鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料同樣也（yě）有利脫（tuō）P。

鎂鈣質耐火材料的熱（rè）震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔（róng）渣（zhā）中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材（cái）料中的CaO反（fǎn）應生成高熔點化合物C2S或（huò）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主要來自熔渣（zhā）或精煉（liàn）設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分（fèn）析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在（zài）鋼水中（zhōng）氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材（cái）料對鋼水性能的影（yǐng）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熱力學穩定性高，具有很低的（de）氧平衡分壓，在鋼水中（zhōng）的溶解度（dù）很小，被認為是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研（yán）究鎂（měi）鈣磚與鋼水中S的反（fǎn）應，檢驗鎂（měi）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，使用白雲石質鋼包內（nèi）襯是很必要的，這樣（yàng）一方麵可以（yǐ）盡可能降（jiàng）低鋼包內襯（chèn）的再氧化能力，另一（yī）方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致（zhì）耐火材料（liào）的過（guò）度消（xiāo）耗。

耐（nài）火材料對鋼中P含量的影響：匡加才（cái）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含量大幅度降低，由原始的0.1%降（jiàng）低到0.01%，進一步提高（gāo）CaO含量，鋼中P含量（liàng）僅有小幅度降（jiàng）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（gāng）水顯著增C，當同一製品第（dì）二次（cì）使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中（zhōng）H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中（zhōng）的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和（hé）中（zhōng）間包係統（tǒng）中使用保（bǎo）護套管（guǎn）保護主流時，有機（jī）粘結（jié）劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量（liàng）的影響：傳統耐火材料N含（hán）量很低，近年來氮化物在耐火材料中應（yīng）用受到關注，如Sialon分解對鋼（gāng）水造成增N。更大的增N量在鋼包（bāo）與中間（jiān）包之間，保護（hù）套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料（liào）對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）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（liào）能去除鋼水中的夾雜物，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（fǎn）應（yīng）生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可（kě）有效地去除（chú）鋼中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保（bǎo）護層，或（huò）者從鎂鈣（gài）質耐火材料表麵（miàn）上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的（de）活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能（néng）：梁義兵等人采用（yòng）靜態坩堝法研（yán）究（jiū）3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試（shì）驗（yàn）結果得出，CaO含量高的（de）白雲石磚（zhuān）抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強（qiáng）。燒成白雲石磚基質部分致密程度高（gāo），較不燒白雲石磚具（jù）有更好的（de）抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐（lú）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（chéng）的鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕性明顯好於（yú）不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良（liáng）好的抵抗高堿度熔（róng）渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作（zuò）用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。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溶蝕並滲透（tòu）作用。

海南藏族鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的（de）研究

鎂鈣碳磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成（chéng）鎂鈣磚種類複雜（zá）。除具備鎂鈣磚（zhuān）的特性外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂（měi）鈣碳磚的性能同時（shí）取決於CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝（bāo）落（luò）性能越好，淨化鋼水的（de）效果也（yě）越（yuè）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（zhōng）期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行（háng）實驗。實（shí）驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕較（jiào）輕，是因為在磚的界麵（miàn）上產生了C2S保護層；可（kě）是中期渣和終期渣，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（gāo）溫中及被渣中∑FeO溶解，所（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明（míng）鎂白雲石碳磚（zhuān）高溫抗氧（yǎng）化（huà）性和熱震穩定性好，抗酸性熔（róng）渣能力（lì）強；而且（qiě）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（diàn）爐爐襯。

白雲石質耐（nài）火材料對潔淨鋼的影響

潔淨（jìng）鋼係指鋼（gāng）中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數（shù）量少，而且（qiě）尺寸很小和（hé）形（xíng）態得到控（kòng）製，合金（jīn）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（zhěng）個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一（yī）般耐火材料對鋼水或多或少總（zǒng）有些汙染（rǎn），唯有白雲石質即（jí）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。