徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的（de）純淨度（dù），沒有考慮與鋼水直接接（jiē）觸的耐火材料對鋼水的（de）淨化作（zuò）用，總是認為耐火材（cái）料或多或少地（dì）會對（duì）鋼水產生汙染。可是（shì）通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出（chū）鎂鈣質材料不但（dàn）不汙染鋼水，反而（ér）能淨化鋼（gāng）水，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材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後（hòu）的理（lǐ）論（lùn）組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐（nài）火材料主要（yào）包括白雲石質（zhì）耐（nài）火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定（dìng）形耐火材料；鎂白雲石（shí）和鎂鈣質耐火材料是用鎂（měi）石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化（huà）影響鎂鈣質製品的高溫使用（yòng）性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量（liàng）越高，抗高SiO2熔渣的（de）能力越強，高（gāo）溫蠕（rú）變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的（de）效果越好，但（dàn）抗（kàng）水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據（jù）爐外精（jīng）煉等熱工設備的不同部位使用（yòng）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等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需（xū）要爐外精煉除（chú）去鋼中雜（zá）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）材料中的遊（yóu）離CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉移到爐渣中，具（jù）有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢（shì）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（děng）設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命（mìng）、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材（cái）料進行了許多試（shì）驗研究（jiū），取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易（yì）揮發，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（jiàng）低。因此，MgO質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質耐火（huǒ）材料更合適。

鋼水中（zhōng）的脫S反應中（zhōng），要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含（hán）量（liàng）高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的（de）O含量盡可能要（yào）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（zhì）耐火材料。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）高的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用（yòng）CaO含量高的鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料（liào）同（tóng）樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生（shēng）成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而（ér）抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精（jīng）煉，其H主要來自熔渣或精（jīng）煉設備內襯耐（nài）火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其（qí）中的水分，就不存在鋼水中（zhōng）氫（H）含量（liàng）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（yǎng）含量的影（yǐng）響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中（zhōng）的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），被認為是防止鋼（gāng）水（shuǐ）增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫（tuō）S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫（tuō）S效（xiào）果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象（xiàng）。為了使鋼包獲（huò）得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這（zhè）樣一（yī）方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還（hái）原條（tiáo）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（liàng）的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料（liào）中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低（dī），由原始的0.1%降低到0.01%，進（jìn）一步提高CaO含量，鋼中P含（hán）量僅有小幅（fú）度降低（dī）。

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

耐火（huǒ）材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材（cái）料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用（yòng）保護套管保護主（zhǔ）流時，有（yǒu）機粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼包、中間包（bāo）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（nài）火材料N含量很（hěn）低，近年來氮化物在耐火材料中應用（yòng）受到（dào）關注，如Sialon分（fèn）解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連（lián）鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火（huǒ）材料對（duì）管線鋼（gāng）鋼（gāng）水潔淨化的影響，實驗表明：在（zài）反應30min的情（qíng）況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材（cái）料均（jun1）使鋼（gāng）水夾（jiá）雜物數量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反（fǎn）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（kě）有效（xiào）地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與（yǔ）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（měi）鈣質耐火材料表麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝（bāo）落下來上浮至保護渣（zhā）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（lì）越強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的抗侵蝕性能：梁義兵等（děng）人（rén）采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶（yě）煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石（shí）磚（zhuān）抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力（lì）比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲（yún）石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲（shèn）透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的燒成鎂（měi）鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量（liàng）低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗（kàng）高（gāo）堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿（jiǎn）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作用。

濟寧鎂磚之鎂鈣碳磚（zhuān）的（de）性能及抗侵蝕（shí）的研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂（měi）鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定（dìng）性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能同時取決（jué）於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落（luò）性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性（xìng）能越強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采（cǎi）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（tàn）磚的（de）侵蝕（shí）進行實驗。實驗結果表明：初（chū）期渣（zhā）MgO—C磚蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產（chǎn）生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕，是因為（wéi）在磚的界麵上產生了C2S保護層；可（kě）是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中（zhōng）及（jí）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白雲石碳磚（zhuān）高（gāo）溫抗氧化（huà）性（xìng）和（hé）熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力（lì）強；而且（qiě）磚中的CaO有利（lì）於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐（lú）爐襯。

白雲石質耐火材料對（duì）潔淨（jìng）鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常（cháng）少，非金屬夾雜物不（bú）僅數量少，而且（qiě）尺寸很小和形態得到控（kòng）製，合金元素成分（fèn）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（de）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，而且不汙染環境。