徐平坤

以前，從煉鋼工藝的（de）角度研究提高鋼的純淨度（dù），沒有考（kǎo）慮與鋼水直接接（jiē）觸（chù）的耐（nài）火材料對鋼水的淨化作用，總是（shì）認為耐火材料或多或（huò）少地會對鋼水產生汙染。可是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣質）耐火材（cái）料（liào）的理論研（yán）究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水（shuǐ），反而能淨化鋼水，並（bìng）且也不汙（wū）染環（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置（zhì）中應用日益增加（jiā）。

白雲（yún）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（shāo）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（liào）、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質（zhì）耐火材料是指（zhǐ）全（quán）部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐（nài）火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品（pǐn）的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗（kàng）水化能力（lì）越強；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的（de）效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使（shǐ）用（yòng）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（huà）鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜（zá）質及夾雜物（wù）以（yǐ）及脫氣、調整（zhěng）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（zhōng）的S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉移（yí）到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼（gāng）水的功能。由於CaO的氧勢很低（dī），鎂鈣質耐（nài）火材料也適合用（yòng）於冶煉低氧鋼，是爐外精（jīng）煉冶（yě）煉（liàn）潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的（de）耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命（mìng）、降低耐（nài）火材料消耗，研究人（rén）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（de）結果。

MgO在（zài）真（zhēn）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（shù））就可使MgO相對揮發性大大降低。因（yīn）此，MgO質材料中（zhōng）加入一定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火（huǒ）材料更合適。

鋼水中的脫S反（fǎn）應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高（gāo）的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量（liàng）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（shuǐ）中的溶（róng）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。溫度升高不利於脫P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高即堿（jiǎn）度（dù）高的熔渣（zhā）有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料（liào）同樣也（yě）有（yǒu）利脫P。

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

關（guān）於H含量的問題，采用真空（kōng）精煉，其H主要來自熔渣（zhā）或（huò）精煉設備內（nèi）襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力（lì）學分析認為：要在1200℃下（xià）長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水（shuǐ）性能的影響

耐火材料對鋼中氧（yǎng）含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力學穩定性高，具有很低（dī）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（de）影響：田琳等人試驗研究（jiū）鎂鈣磚與鋼水中S的反應（yīng），檢驗鎂鈣（gài）質耐（nài）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（le）使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯（chèn）是（shì）很必要的，這樣一方麵可以盡可能降（jiàng）低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可（kě）以避免強還原條件下鋼包渣（zhā）導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含（hán）量（liàng）的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注料對鋼中P含量的影（yǐng）響。實驗結果（guǒ）表明：當澆注料（liào）中w（CaO）為25%時，鋼中P含（hán）量大幅度降低，由原（yuán）始的0.1%降低到（dào）0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗（yàn）表明，使用含（hán）C耐火材料，鋼水顯著（zhe）增C，當同一製品第二次使用時（shí），鋼（gāng）水僅發生輕微增C。

耐火材（cái）料對鋼中H(氫)含（hán）量的影（yǐng）響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘（zhān）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）中間包係統中使用保護套（tào）管保護主流時，有機（jī）粘（zhān）結劑（jì）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（gāng）中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很（hěn）低（dī），近年來氮化物在耐火材料（liào）中應用受到關注，如（rú）Sialon分解對鋼（gāng）水造成增（zēng）N。更大的增N量（liàng）在鋼包（bāo）與中間包之間（jiān），保護（hù）套管非常（cháng）重要，連鑄的增N點（diǎn）就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田（tián）琳等（děng）人（rén）研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火（huǒ）材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明（míng）：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的（de）夾雜物，其餘（yú）的堿性耐火（huǒ）材料均使鋼水夾雜物數量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火（huǒ）材料中的CaO反應，如CaO與（yǔ）Al2O3反應生（shēng）成（chéng）Ca12Al4O3的複（fù）合化合物，熔（róng）點（diǎn）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(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質（zhì）耐火材料表（biǎo）麵，形成保護層，或（huò）者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上（shàng）浮至（zhì）保護渣層中；在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（yuè）強。

鎂鈣質耐火材料（liào）的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜（jìng）態坩堝法研究3種不鏽鋼冶（yě）煉（liàn）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渣侵蝕和滲透能力比（bǐ）較強。燒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抗高堿度渣侵蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐渣（zhā）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（dǐ）抗低堿度渣侵蝕（shí）性明顯好於不（bú）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滲透能（néng）力，這是因（yīn）為渣與鎂鈣材（cái）料作用析出C3S，使材料表（biǎo）層致密化而有效抑製熔渣（zhā）的滲透。低堿度熔渣具（jù）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。

靜安鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的（de）性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚（zhuān）主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒（shāo）成（chéng）鎂鈣磚種類複雜。除具（jù）備鎂鈣磚的特（tè）性外，鎂（měi）鈣碳磚比鎂碳磚具有更好（hǎo）的真空穩定（dìng）性、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性（xìng）能越好，淨化鋼（gāng）水的效果也越好（hǎo）；C含量越高，抗渣（zhā）侵蝕（shí）和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗侵蝕研究：崔淑賢（xián）等人采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣（zhā）、中（zhōng）期渣（zhā）和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕（shí）進行實驗（yàn）。實驗結果表明：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（shēng）結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較輕，是（shì）因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率（lǜ）反而（ér）分別（bié）比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為其在高溫中及被（bèi）渣中∑FeO溶（róng）解，所以比MgO—C磚侵蝕（shí）嚴重。

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

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影（yǐng）響

潔淨鋼係指鋼中有（yǒu）害成分（S、P、O、H、N）含量非常（cháng）少，非（fēi）金屬夾雜（zá）物不（bú）僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製（zhì），合金元素（sù）成分精準並且分布均勻（yún），使鋼材具有高性（xìng）能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始（shǐ）終與鋼水接觸，一般耐火（huǒ）材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣（gài）質耐火材料能淨化鋼水，除去（qù）鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。