徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的角度研究提高（gāo）鋼（gāng）的純淨（jìng）度，沒有考（kǎo）慮（lǜ）與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨（jìng）化作用，總是認為耐火材料或多或（huò）少地會對鋼水（shuǐ）產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料（liào）的理論研究和實際試驗，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（bāo）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

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、鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料。

其中，白雲石（shí）質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做（zuò）原料的定型或不（bú）定形耐火材料；鎂白雲石（shí）和鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料（liào）是用鎂石與白雲石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化（huà）影響鎂鈣質（zhì）製品的（de）高（gāo）溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣（zhā）的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果（guǒ）越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越（yuè）差（chà）。因此，應（yīng）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（zé）鎂鈣質耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐火（huǒ）材料（liào）對淨化鋼水作用的（de）影響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼等對鋼中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等（děng）夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質（zhì）反應，使其轉移到爐渣中（zhōng），具有除去（qù）雜質（zhì）、淨（jìng）化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶煉（liàn）潔（jié）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（zhǎng）爐襯壽命、降低（dī）耐（nài）火材料消耗（hào），研究人員對白雲（yún）石質耐火材料進行了許多試驗研究，取（qǔ）得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發（fā），而CaO對MgO的揮發性（xìng）是有（yǒu）影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質（zhì）材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真（zhēn）空條件下使用比純MgO質耐（nài）火材料更合適。

鋼水中的脫（tuō）S反應（yīng）中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高（gāo）堿度渣，並且（qiě）鋼（gāng）水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低（dī），就要選擇氧勢盡（jìn）可（kě）能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉（liàn）設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利（lì）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，用CaO含量（liàng）高的鎂（měi）鈣質耐火材料同樣也有利（lì）脫（tuō）P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特（tè）別是熔（róng）渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化（huà）合（hé）物C2S或C3S,形成保護層，從（cóng）而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題（tí），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的水分及有（yǒu）機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排（pái）除其中的水分，就不存在鋼（gāng）水中氫（H）含量增高問題（tí）。

鎂鈣質耐火材料對鋼（gāng）水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人（rén）認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學（xué）穩定性高，具（jù）有很低的氧平（píng）衡分壓，在鋼水中（zhōng）的溶解度很小（xiǎo），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：田琳等人（rén）試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果（guǒ）表明：在1600℃下，反應（yīng）45min時，脫（tuō）S效果更好，脫S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫（tuō）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）白雲石質鋼包內襯（chèn）是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低（dī）鋼包內襯的再（zài）氧化能力（lì），另（lìng）一方麵可以避免強還原條件（jiàn）下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料（liào）對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中（zhōng）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（hán）量大幅度降（jiàng）低，由原始的0.1%降低到（dào）0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅（jǐn）有小幅（fú）度降低（dī）。

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（liào），鋼水顯著增C，當同一製品第二次（cì）使用時，鋼水僅發生輕（qīng）微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐（nài）火材料中的水分以及其（qí）中的有機粘結劑會（huì）對鋼（gāng）水中的H含量產生（shēng）顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套（tào）管保護主流時，有（yǒu）機粘結劑導致吸H。對鋼包（bāo）、中（zhōng）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)含量的影響：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（zhù），如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間（jiān）包之間，保護套管非常重要，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（duì）鋼水（shuǐ）中夾雜物的影響（xiǎng）：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材（cái）料對（duì）管線鋼鋼（gāng）水潔淨化（huà）的影響（xiǎng），實驗表（biǎo）明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣（gài）質耐火材料能去除鋼（gāng）水中的（de）夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物（wù）數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的（de）CaO反（fǎn）應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合（hé）物被吸附鎂鈣質耐火材（cái）料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材（cái）料表麵上剝（bāo）落下來上（shàng）浮至（zhì）保護渣層（céng）中；在（zài）鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水（shuǐ）中夾雜物的能力越強。

鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等（děng）人采用靜態坩堝法研究3種不（bú）鏽鋼冶煉用鎂（měi）鈣磚的抗（kàng）渣性。試驗結果得出，CaO含（hán）量高的白雲石磚抗高（gāo）堿（jiǎn）度的（de）AOD渣侵蝕和（hé）滲透能（néng）力比較強。燒成白雲（yún）石磚基質部分致密程度（dù）高，較（jiào）不燒白雲石磚具（jù）有更好（hǎo）的抗高堿度渣侵（qīn）蝕性（xìng）。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴（yán）重得多（duō）。相對而言，燒成的鎂（měi）鈣磚（zhuān）抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和（hé）滲透能（néng）力，這是因為渣與鎂鈣材料作用（yòng）析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透（tòu）。低（dī）堿度熔渣（zhā）具（jù）有較強的侵蝕（shí）和滲透能力（lì），主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲（shèn）透作用（yòng）。

呼和浩特（tè）鎂磚之鎂鈣碳磚（zhuān）的（de）性能及抗侵蝕的研究（jiū）

鎂（měi）鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂（měi）鈣磚種類複雜。除具備（bèi）鎂鈣（gài）磚的特性（xìng）外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚（zhuān）具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂（měi）鈣碳磚的性能（néng）同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效（xiào）果也（yě）越好（hǎo）；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）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（zài）磚的界麵上產生了C2S保（bǎo）護層；可是中期渣（zhā）和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率（lǜ）反（fǎn）而（ér）分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因（yīn）為其在（zài）高溫中（zhōng）及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂（měi）白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣（zhā）能力強；而且磚中的CaO有利於鋼（gāng）水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白（bái）雲石質耐火材料對潔淨（jìng）鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬（shǔ）夾雜物不（bú）僅數量少，而且尺寸很小和（hé）形態得到控製，合金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（liàn）的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物（wù），而且不汙染環境。