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（kǎo）慮與鋼水直接接觸的耐火材料（liào）對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多（duō）或少地會對鋼（gāng）水產生汙染（rǎn）。可是通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不（bú）但不汙染鋼水，反（fǎn）而能淨化（huà）鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包（bāo）等爐（lú）外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦（kuàng）物原料，煆燒（shāo）後的理論組成為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（yún）石質耐火（huǒ）材（cái）料、鎂白雲石質耐（nài）火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指（zhǐ）全部用煆燒（shāo）或電熔的白雲石做原料的定型或不定形（xíng）耐火材料；鎂白雲（yún）石和鎂鈣質耐火材料是用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品的高溫使用性（xìng）能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣（zhā）的能力越強，高溫（wēn）蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設（shè）備的（de）不同部位使用條件，合理（lǐ）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（sù）及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴（yán）格，需要爐外精煉（liàn）除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣（qì）、調整化學成分和（hé）均勻化等。鎂鈣質耐火材料中（zhōng）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，具（jù）有除去雜質、淨化（huà）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（yú）冶煉低氧鋼，是爐外（wài）精（jīng）煉冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼等設（shè）備的耐火材料。近年來，為了（le）淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火（huǒ）材料消耗，研究人員對白雲石質耐（nài）火材料進（jìn）行（háng）了許多試驗（yàn）研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對（duì）揮（huī）發性大（dà）大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的（de）CaO製成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在高溫真空條件下使用比純（chún）MgO質耐（nài）火材料更合適。

鋼水中（zhōng）的（de）脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔（róng）渣必須（xū）是CaO含（hán）量（liàng）高的高堿度渣，並且鋼（gāng）水中溶解的O含量盡可能要低。要使（shǐ）O含量低，就要選擇氧勢盡可（kě）能低（dī）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，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼（gāng）包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高（gāo）、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火（huǒ）材（cái）料中的CaO反應生成高熔點化合物（wù）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，采用真空精（jīng）煉，其（qí）H主要來自熔渣或精（jīng）煉設備內襯耐（nài）火材料（liào）的水分及有機添加（jiā）物（wù）。熱力學分析認為：要（yào）在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就（jiù）不存在鋼水中（zhōng）氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

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（de）CaO熱力學穩定性高，具有很低的（de）氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為（wéi）是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效材料。

耐火（huǒ）材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中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，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（huí）S”現象。為了使鋼包（bāo）獲得（dé）有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很（hěn）必要（yào）的，這樣一方麵（miàn）可以盡可能降低鋼包內襯的再氧（yǎng）化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質澆（jiāo）注料對鋼中（zhōng）P含量的影響（xiǎng）。實驗（yàn）結果表明：當（dāng）澆注料中w（CaO）為25%時（shí），鋼中（zhōng）P含（hán）量（liàng）大幅度（dù）降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小（xiǎo）幅度降低。

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，鋼水顯著增C，當（dāng）同（tóng）一製品第二次使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增C。

耐火材料對鋼（gāng）中（zhōng）H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的（de）有機粘結劑（jì）會對鋼水中的H含量產生顯著（zhe）影（yǐng）響（xiǎng）。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保（bǎo）護主流時，有機粘結劑導（dǎo）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（liào）對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來（lái）氮化物在耐火材料中應（yīng）用受到關（guān）注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在（zài）鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜（zá）物的影響：田琳等人研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對（duì）管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火（huǒ）材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的（de）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（yǔ）鎂鈣耐火材料中的CaO反應（yīng），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。CaO與SiO2反應生成（chéng）C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）表麵，形成保護（hù）層（céng），或者從（cóng）鎂鈣質耐火材料表麵上剝落（luò）下來上浮至保護渣層中（zhōng）；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高（gāo），吸附鋼水（shuǐ）中夾雜物的（de）能力越強。

鎂鈣質耐（nài）火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜（jìng）態坩堝法研究3種不鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試（shì）驗結果得（dé）出（chū），CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚（zhuān）具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐（lú）渣對三種（zhǒng）磚的（de）侵蝕和滲透比高（gāo）堿度渣嚴重得多。相對而言（yán），燒成的鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣（zhā）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（róng）渣（zhā）的侵蝕和滲透（tòu）能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出（chū）C3S，使材料表（biǎo）層致密（mì）化而有效抑製熔渣的滲透。低（dī）堿（jiǎn）度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要（yào）是熔（róng）渣對基質的強溶蝕並滲透（tòu）作用。

荊門鎂（měi）磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂（měi）鈣磚種類（lèi）複雜。除具備鎂（měi）鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好（hǎo）的（de）真（zhēn）空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗（kàng）剝落性能越（yuè）好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研（yán）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碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）比（bǐ）MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產（chǎn）生結構剝落，蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期（qī）渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕（shí）損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在（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（zhāng）等人研究結果表明鎂白雲（yún）石碳磚高溫抗氧化性和（hé）熱震穩定性好，抗酸性熔渣（zhā）能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶（yě）煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨（jìng）鋼係（xì）指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和（hé）形態得（dé）到控製，合金元素（sù）成分精準並且分布（bù）均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，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（rǎn），唯有（yǒu）白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材（cái）料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的（de）非金屬夾雜物，而且不汙染環境。