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（nài）火材料對鋼水（shuǐ）的淨化（huà）作用（yòng），總是認為耐火材料或多或少地會對（duì）鋼（gāng）水（shuǐ）產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐（nài）火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼（gāng）水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加（jiā）。

白雲（yún）石（shí）與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原（yuán）料，煆燒後的（de）理論（lùn）組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為（wéi）1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白（bái）雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材（cái）料。

其中，白雲石質耐火材料是（shì）指全部用煆燒或電熔的白雲石（shí）做原料的（de）定（dìng）型或不定形耐火材料；鎂白雲石（shí）和鎂鈣質耐火材料是用（yòng）鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製（zhì）品的（de）高溫使用性能，MgO含量越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗（kàng）水化能力越強（qiáng）；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落性能和脫硫（liú）、脫磷的效果越好，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工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐火材料對（duì）淨化鋼（gāng）水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐（lú）外（wài）精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣（qì）、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的（de）遊離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜質反應，使其轉移到（dào）爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適（shì）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（lái），為了淨化鋼水、延長爐襯（chèn）壽命、降低耐火材料消耗，研究（jiū）人員對白雲石質耐火（huǒ）材料進行了許多試驗研（yán）究，取得了很好的（de）結果。

MgO在真空條件下（xià）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MgO相對揮發性（xìng）大（dà）大降低（dī）。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材料，在高（gāo）溫真空條件下使用（yòng）比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要（yào）使鋼水（shuǐ）S含量低，熔渣（zhā）必須是CaO含量高的高（gāo）堿度渣，並且鋼水中（zhōng）溶解的O含量盡可能要低（dī）。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（xià）以氣（qì）態存在，在鋼水中的溶（róng）解度很小，而CaO的（de）氧勢也很（hěn）小，因此，精煉（liàn）設備應該選用鎂鈣質耐火（huǒ）材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中（zhōng）采（cǎi）用CaO含量高即堿度高的熔（róng）渣（zhā）有利脫（tuō）P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料（liào）同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐（nài）火材料的熱震穩定性高、抗渣（zhā）滲透（tòu）性好，特別是熔（róng）渣中SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物（wù）C2S或C3S,形成（chéng）保護層（céng），從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其（qí）H主（zhǔ）要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分（fèn）及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的（de）水分，就不（bú）存在鋼水（shuǐ）中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐（nài）火材料對鋼水性能的（de）影響

耐火材（cái）料（liào）對鋼中氧含量（liàng）的（de）影響（xiǎng）：王龍光（guāng）等人（rén）認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定（dìng）性（xìng）高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等（děng）人試驗研究鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的反應，檢驗鎂（měi）鈣質耐火材料的脫S效果。結果表（biǎo）明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫（tuō）S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼（gāng）包獲得（dé）有效的脫S效果，使用白雲石質（zhì）鋼包內（nèi）襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能（néng）力，另一方麵可以避免（miǎn）強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消（xiāo）耗。

耐火材料對鋼中P含（hán）量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼中P含量的影響。實驗（yàn）結果表（biǎo）明：當澆注料中（zhōng）w（CaO）為25%時，鋼（gāng）中（zhōng）P含（hán）量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一（yī）步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度（dù）降低。

耐火材（cái）料對鋼水碳含量（liàng）的影響：實驗表明，使用含C耐火材（cái）料，鋼（gāng）水（shuǐ）顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中（zhōng）H(氫)含量的影響：耐火材料（liào）中的水分以及其（qí）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管（guǎn）保（bǎo）護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼（gāng）包、中間包烘烤，能（néng）有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮（dàn）)含量的影響：傳統耐火（huǒ）材料N含量很低（dī），近年（nián）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（gāng）包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就（jiù）是長（zhǎng）水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的（de）影（yǐng）響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材料對管（guǎn）線鋼（gāng）鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻（zhī）有鎂鈣質耐（nài）火材料能去除鋼水中的（de）夾雜物，其（qí）餘的堿性（xìng）耐火材料均使鋼（gāng）水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可（kě）與鎂鈣（gài）耐火材料（liào）中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約（yuē）為1400℃左右，可（kě）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(矽酸三鈣)高（gāo）熔點化（huà）合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層（céng），或者從鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料（liào）表麵上剝落下來上浮至保護（hù）渣（zhā）層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附（fù）鋼水中夾雜（zá）物的（de）能力越（yuè）強。

鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料的抗侵蝕性能：梁義兵等（děng）人采用靜態坩（gān）堝法研究3種不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的（de）白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒（shāo）成白雲（yún）石磚基質部分致密程度高，較不燒白（bái）雲石磚具有更（gèng）好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對（duì）三種磚的侵蝕（shí）和滲透比高堿度渣（zhā）嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明（míng）顯好（hǎo）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好於CaO含量（liàng）低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良（liáng）好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是（shì）因為渣與（yǔ）鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密（mì）化而有（yǒu）效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較（jiào）強的侵蝕和滲透能力，主要是（shì）熔渣對（duì）基質的強溶蝕並滲透作用。

河南鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及（jí）抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂（měi）鈣磚（zhuān）種類複雜。除具備（bèi）鎂（měi）鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好的真空（kōng）穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同（tóng）時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果（guǒ）也越好；C含量（liàng）越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳（tàn）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（qī）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（biǎo）明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落（luò），蝕損最嚴（yán）重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率（lǜ）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。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高（gāo）溫抗氧化性和熱震穩定性好，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，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材（cái）料（liào）對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬（shǔ）夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小（xiǎo）和形態得到控（kòng）製，合金元素（sù）成分精準並且分布均勻，使鋼材具（jù）有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過（guò）程中，耐火材料始終與鋼水（shuǐ）接（jiē）觸，一般耐火材料對鋼（gāng）水（shuǐ）或多（duō）或少總（zǒng）有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材（cái）料能淨化鋼（gāng）水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而（ér）且不汙染環境。