徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角（jiǎo）度研究（jiū）提高鋼（gāng）的純（chún）淨（jìng）度，沒（méi）有考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火材料對鋼水（shuǐ）的淨化作用，總（zǒng）是認為耐火材料或（huò）多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不（bú）汙染鋼水，反而能（néng）淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等（děng）爐外精（jīng）煉裝置中應用（yòng）日益增（zēng）加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦物（wù）原料（liào），煆燒（shāo）後的理論（lùn）組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白（bái）雲石質耐火材（cái）料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石（shí）質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲（yún）石做原料的定型（xíng）或不定形耐火材料；鎂白（bái）雲石和鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）是用鎂石與（yǔ）白雲石合成（chéng）的耐火材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化（huà）影響鎂鈣（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（néng）力越強；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔渣的能力（lì）越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外（wài）精煉等熱工設備的（de）不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐火材料（liào）對淨化鋼水作用的影（yǐng）響

潔（jié）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（jí）夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉移到爐（lú）渣中，具有除去雜（zá）質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合（hé）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（děng）設備的耐火材料。近年來，為了（le）淨化鋼水、延長爐襯壽命（mìng）、降低耐火材料消耗，研（yán）究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得（dé）了很（hěn）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）是有影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的（de）CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件（jiàn）下使（shǐ）用比（bǐ）純MgO質耐火材料更合適。

鋼（gāng）水（shuǐ）中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且（qiě）鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就（jiù）要（yào）選擇氧（yǎng）勢盡可能低（dī）的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣（qì）態存在，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設（shè）備應該選用鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）。溫度（dù）升（shēng）高不利於（yú）脫（tuō）P，但鋼包中采用CaO含量高（gāo）即堿度高的熔渣（zhā）有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材（cái）料的熱震穩定性高（gāo）、抗渣滲透性好，特（tè）別是熔渣（zhā）中SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層（céng），從而抑製熔渣的（de）滲透。

關於H含量的問題，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添加物。熱力學分析認為：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）含量增高問題。

鎂鈣（gài）質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對（duì）鋼中（zhōng）氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中的CaO熱力學穩定性（xìng）高，具有很低的氧平衡分壓（yā），在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），被認（rèn）為是防止鋼水增氧的有效材（cái）料。

耐火（huǒ）材料對鋼中S的影響：田琳等人（rén）試驗研究鎂鈣磚與鋼水中（zhōng）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（huò）得有效的脫S效果，使（shǐ）用（yòng）白雲石質鋼包內襯是很必要的，這（zhè）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（qiáng）還原（yuán）條件下鋼包（bāo）渣（zhā）導致耐火材料的過度（dù）消耗。

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（yàn）結果表明：當澆注料中w（CaO）為（wéi）25%時，鋼中P含量大幅（fú）度降低，由（yóu）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（gāng）水碳含量的影（yǐng）響：實驗表明，使用含（hán）C耐火材料，鋼水顯著增（zēng）C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材（cái）料對鋼中H(氫)含量的影響：耐（nài）火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼（gāng）水中（zhōng）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管保護主流時，有機粘（zhān）結劑導致（zhì）吸H。對鋼包（bāo）、中間（jiān）包烘烤，能有（yǒu）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（huǒ）材料N含量（liàng）很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受（shòu）到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼（gāng）包與中（zhōng）間包之間，保護套管非常重要，連鑄（zhù）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（lín）等人研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化（huà）的影響，實驗表明：在反（fǎn）應30min的情況下（xià），隻有鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料能去除鋼水中（zhōng）的夾雜物，其餘的堿性（xìng）耐（nài）火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材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點（diǎn）約為1400℃左右，可（kě）有（yǒu）效地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）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（fù）鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂（měi）鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保（bǎo）護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的（de）活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物（wù）的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結（jié）果得出，CaO含量高的白雲（yún）石磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成（chéng）白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具（jù）有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低（dī）的VOD爐（lú）渣對（duì）三種磚的（de）侵蝕和滲透比高堿度（dù）渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕性（xìng）明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的（de）鎂鈣磚。鎂（měi）鈣質材料具有良（liáng）好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲（shèn）透能力，這是因（yīn）為渣與鎂鈣（gài）材料作用析出C3S，使材料表層致密化（huà）而有效抑製熔渣的滲透。低（dī）堿度熔渣具有較強（qiáng）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。

涼山鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要（yào）性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜（zá）。除具備鎂鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有（yǒu）更好的真（zhēn）空穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的（de）效果也（yě）越好；C含量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗剝落性能越（yuè）強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和（hé）終期渣（zhā）分別對鎂鈣（gài）碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果（guǒ）表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落（luò），蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕（qīng），是因為在磚的界（jiè）麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕（shí）損率反而分別比MgO—C磚（zhuān）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（jié）果表明鎂（měi）白雲石（shí）碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔（róng）渣能力強；而且（qiě）磚中的CaO有利於鋼水的脫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（gāng）的影響

潔淨（jìng）鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不（bú）僅數（shù）量（liàng）少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金（jīn）元素（sù）成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在（zài）鋼水從（cóng）冶（yě）煉到精煉的整個過程（chéng）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（shǎo）總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼（gāng）水，除去鋼（gāng）中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。