徐平坤

以（yǐ）前，從煉鋼工藝（yì）的角度研究提高鋼的（de）純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料（liào）對鋼水（shuǐ）的（de）淨化（huà）作用，總是認為耐（nài）火（huǒ）材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的（de）理論研究和實際試驗（yàn），得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而（ér）能淨（jìng）化鋼水，並且也不汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精（jīng）煉裝置中（zhōng）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）是天然礦物原料（liào），煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料主要包括白雲石質耐火材料（liào）、鎂白雲石質耐（nài）火材料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐（nài）火材料是指全部用煆燒或（huò）電熔的白雲（yún）石做原料的定型或（huò）不定形耐火材料；鎂白（bái）雲石（shí）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（wēn）使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和抗（kàng）水（shuǐ）化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落（luò）性能（néng）和（hé）脫（tuō）硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐（lú）外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用（yòng）的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等（děng）夾雜物的含量（liàng）要求嚴格，需要爐外精（jīng）煉除去鋼中雜質及夾（jiá）雜（zá）物以及脫氣、調整化學成（chéng）分和均勻化等。鎂鈣質（zhì）耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其（qí）轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料也適合用於冶煉低氧（yǎng）鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯（chèn）壽命、降低耐火（huǒ）材料消耗，研（yán）究人員對白雲石質耐（nài）火材料進行了許多試驗研究，取（qǔ）得了很好的（de）結果。

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

鋼水中的脫S反應中，要使（shǐ）鋼水（shuǐ）S含量（liàng）低，熔渣必須是（shì）CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低（dī），就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在（zài）高溫下以氣態（tài）存（cún）在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小（xiǎo），因此，精煉設備應該選用（yòng）鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料。溫度升高（gāo）不利（lì）於脫（tuō）P，但鋼（gāng）包（bāo）中采用CaO含量高（gāo）即堿（jiǎn）度高的熔渣（zhā）有利脫（tuō）P，因此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣質耐（nài）火材料同樣也有利脫P。

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

關於H含量的問題，采用（yòng）真空精煉，其H主（zhǔ）要來自熔渣或精煉設（shè）備內襯耐火材料（liào）的水分及有機添加物。熱力學分析認為（wéi）：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問（wèn）題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火（huǒ）材料（liào）對鋼中氧含量的影響（xiǎng）：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩（wěn）定性高，具有很低的氧平衡分壓，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（cái）料對鋼中S的影響：田琳等（děng）人試驗研（yán）究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反應，檢驗鎂鈣質（zhì）耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反（fǎn）應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降（jiàng）低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的（de）脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼（gāng）包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣（zhā）導致耐火材料的（de）過度消（xiāo）耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，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（dī）。

耐火材料對鋼水（shuǐ）碳（tàn）含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水（shuǐ）顯著增C，當同（tóng）一製品第（dì）二次使用時，鋼水僅發（fā）生輕（qīng）微增C。

耐（nài）火材料（liào）對鋼中H(氫)含（hán）量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連（lián）鑄過程中，鋼包和中（zhōng）間包（bāo）係統中使用保護套管保（bǎo）護主流時，有機粘結劑導致（zhì）吸（xī）H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的（de）影響（xiǎng）：傳統耐（nài）火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中（zhōng）應用受（shòu）到關注，如Sialon分解對鋼水造（zào）成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間（jiān），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。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂（měi）鉻耐火材（cái）料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物（wù），其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材（cái）料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左（zuǒ）右，可有效地去除鋼（gāng）中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成（chéng）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（liào）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浮至保護（hù）渣（zhā）層中；在鎂鈣質耐火材料中的（de）活性（xìng）CaO含量越高，吸附（fù）鋼水（shuǐ）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堝法研究（jiū）3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得（dé）出，CaO含量高的白雲石磚抗高（gāo）堿度的AOD渣（zhā）侵蝕和滲透能力比較強（qiáng）。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。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而（ér）言（yán），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含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力（lì）好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵（dǐ）抗高（gāo）堿度熔（róng）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（liào）表層致密化而有效抑製（zhì）熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕（shí）和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕（shí）並滲透作用。

拉薩鎂磚（zhuān）之（zhī）鎂鈣碳磚的性（xìng）能及抗侵蝕（shí）的研究

鎂鈣碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣（gài）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（rè）震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量越（yuè）高，抗（kàng）剝落（luò）性能（néng）越好，淨化鋼水的效（xiào）果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗剝落性能越強。

鎂鈣（gài）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（qī）渣和終期（qī）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保護層；可是中期（qī）渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損（sǔn）率反而（ér）分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫（wēn）抗氧化（huà）性和熱震穩定性好（hǎo），抗酸性熔渣能力強；而且磚中的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潔淨鋼的（de）影響

潔（jié）淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非（fēi）常少，非金屬夾雜物不僅數（shù）量少，而且尺寸很小（xiǎo）和形態得（dé）到控（kòng）製，合金（jīn）元素成分精（jīng）準並且分布均（jun1）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（huǒ）材料始終與鋼水接觸，一般耐火材（cái）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（chú）去鋼中（zhōng）的（de）非金屬夾雜物，而且不汙染環（huán）境。