徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度（dù），沒有考慮與鋼水直（zhí）接（jiē）接觸的耐（nài）火材料對鋼水的淨化作（zuò）用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可（kě）是通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐火（huǒ）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水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等（děng）爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石（shí）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（huǒ）材（cái）料、鎂白雲（yún）石質耐火（huǒ）材料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石（shí）做原（yuán）料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料（liào）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（měi）鈣（gài）質製（zhì）品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強（qiáng）；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落性能（néng）和脫硫、脫磷的效（xiào）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（jù）爐外精煉等（děng）熱工設備的不同部位使用（yòng）條件（jiàn），合理選擇鎂鈣質耐火材（cái）料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼水（shuǐ）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，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整（zhěng）化學成分和均（jun1）勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼（gāng）水中的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（nài）火材（cái）料也（yě）適合（hé）用於冶煉低氧鋼，是（shì）爐外精煉冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐（nài）火材料。近（jìn）年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降（jiàng）低耐火（huǒ）材料消耗，研究（jiū）人員對（duì）白雲石（shí）質耐火材料進行了許（xǔ）多試驗研究，取得了很好（hǎo）的結果。

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

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是（shì）CaO含量高的高（gāo）堿度渣，並且鋼水中溶解的O含（hán）量盡可能要（yào）低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的（de）耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣（qì）態存在，在（zài）鋼水中（zhōng）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（dàn）鋼（gāng）包中（zhōng）采（cǎi）用CaO含量高即（jí）堿度高的（de）熔渣有（yǒu）利脫（tuō）P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同（tóng）樣也有利脫P。

鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料的熱震穩定（dìng）性（xìng）高、抗渣滲透（tòu）性（xìng）好，特別是熔渣中SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或（huò）C3S,形成保護層，從而（ér）抑製熔（róng）渣的滲（shèn）透。

關於H含量（liàng）的問題，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機（jī）添加物。熱（rè）力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤（kǎo），充分排除（chú）其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含（hán）量增高問題。

鎂鈣質耐火材料（liào）對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中（zhōng）氧含量的影響：王龍光等人認為（wéi）MgO—CaO耐（nài）火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡（héng）分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有（yǒu）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S效果。結果表（biǎo）明：在1600℃下，反應45min時（shí），脫S效果（guǒ）更好，脫（tuō）S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫（tuō）S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以（yǐ）盡可能降低鋼（gāng）包內襯的再氧化能（néng）力，另（lìng）一方麵可以（yǐ）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（yǐng）響：匡加才研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對（duì）鋼中P含量的（de）影響。實驗（yàn）結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大（dà）幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含（hán）量的影響：實驗表明，使用（yòng）含C耐火（huǒ）材料，鋼水顯著增C，當同（tóng）一（yī）製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增（zēng）C。

耐火材料對（duì）鋼（gāng）中（zhōng）H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有（yǒu）機粘（zhān）結劑會對鋼水中（zhōng）的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主（zhǔ）流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸（xī）H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響（xiǎng）：傳統耐火（huǒ）材料N含量很低，近年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（dà）的增N量在鋼包與中間包之間，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（15~30）×10-6。

耐火材料對（duì）鋼水中夾雜物的影響：田琳等（děng）人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼（gāng）水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中（zhōng）的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量（liàng）增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反（fǎn）應（yīng），如（rú）CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合化合物（wù），熔點約為（wéi）1400℃左右，可有（yǒu）效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上（shàng）浮至保（bǎo）護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸（xī）附鋼水中夾（jiá）雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩（gān）堝法研究3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石（shí）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（bù）分致密程度高，較不（bú）燒白雲石磚具（jù）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透比高堿度渣嚴重得（dé）多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕性明顯好於（yú）不燒鎂鈣磚，CaO含（hán）量高的燒成鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低（dī）的鎂鈣磚。鎂鈣質材料（liào）具有良好的抵抗高堿（jiǎn）度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因（yīn）為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密（mì）化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的（de）強溶蝕（shí）並滲透作用。

開封（fēng）鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的性能（néng）及抗侵蝕的研（yán）究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有（yǒu）更好的真空穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能同時（shí）取決於（yú）CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗（kàng）剝落性（xìng）能（néng）越（yuè）好，淨（jìng）化鋼水的效果也越好；C含量越（yuè）高（gāo），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（zhā）、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進行實驗。實驗結果表明：初（chū）期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界（jiè）麵上產生了C2S保護層（céng）；可是中期渣和終期（qī）渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及（jí）被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴（yán）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（hé）熱（rè）震穩定性（xìng）好，抗酸性熔渣能力強；而（ér）且磚中的CaO有利（lì）於鋼水的脫O、脫S、脫P等（děng），適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬夾雜物不僅數量（liàng）少（shǎo），而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼（gāng）材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉（liàn）到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火（huǒ）材料對鋼水或多或少總有（yǒu）些汙染，唯有白雲石（shí）質即鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）能淨化鋼水，除（chú）去鋼中的非金屬夾雜物，而且（qiě）不汙染環境。