徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純（chún）淨度，沒（méi）有考慮與鋼（gāng）水直接接觸的耐火材（cái）料對鋼水的（de）淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水（shuǐ）產生汙染（rǎn）。可是通過對白雲（yún）石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得（dé）出鎂鈣質材料不但不（bú）汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等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（liào）的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理（lǐ）論組成為（wéi）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（nài）火材料、鎂白雲石質耐（nài）火材料、鎂鈣質耐火材（cái）料。

其中，白（bái）雲石（shí）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（xíng）或（huò）不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣（gài）質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐（nài）火材料。MgO、CaO含量的變化影（yǐng）響鎂鈣質製品的高溫使用性能（néng），MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗（kàng）水化（huà）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，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但（dàn）抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根（gēn）據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條（tiáo）件，合理選（xuǎn）擇鎂鈣質耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對（duì）淨化（huà）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（zá）物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾（jiá）雜物以（yǐ）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等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有（yǒu）除去雜質、淨化鋼（gāng）水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣（gài）質耐火材料也適（shì）合用於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純（chún）淨鋼、特殊鋼等（děng）設備（bèi）的耐火材料。近（jìn）年來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲（yún）石質耐火材料進行了許多試驗（yàn）研究，取得了（le）很好的結果。

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

鋼水中的脫S反（fǎn）應中，要使鋼（gāng）水（shuǐ）S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含（hán）量盡可能要低。要（yào）使（shǐ）O含（hán）量低，就要選擇氧（yǎng）勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）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（bú）利（lì）於脫P，但（dàn）鋼包中（zhōng）采用CaO含量（liàng）高即堿度高的熔渣有利脫P，因（yīn）此（cǐ），用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震（zhèn）穩定性高、抗渣滲透性好，特（tè）別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中（zhōng）的（de）CaO反應生成高（gāo）熔點化合物C2S或（huò）C3S,形成保護層，從而（ér）抑製（zhì）熔渣的滲（shèn）透。

關（guān）於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或（huò）精煉設備內襯耐火材料（liào）的水分及有機（jī）添加物。熱力學分析認為：要在（zài）1200℃下長期烘烤，充分排除其中的（de）水分，就不（bú）存在鋼水中氫（H）含量增（zēng）高問題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對鋼水性能的影響

耐火材料對（duì）鋼中氧（yǎng）含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在（zài）鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料（liào）。

耐（nài）火材料對鋼中S的影響：田琳（lín）等人試驗研究鎂鈣磚（zhuān）與鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗鎂鈣質耐（nài）火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應（yīng）45min時，脫S效（xiào）果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出（chū）現“回（huí）S”現象。為了使鋼包獲得有效的（de）脫S效果（guǒ），使用白雲（yún）石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能（néng）降低鋼（gāng）包內（nèi）襯的再氧化能力，另一方麵可以（yǐ）避免強還原條件下鋼（gāng）包渣導致耐火材料的（de）過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注料對鋼中P含量的影響。實驗結果（guǒ）表明（míng）：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅（fú）度降低（dī），由原始的0.1%降低到0.01%，進一步（bù）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量的影響：實驗表明，使用（yòng）含C耐（nài）火材料（liào），鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐（nài）火（huǒ）材料（liào）對鋼（gāng）中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分（fèn）以及其中的有機粘結劑會對鋼水中（zhōng）的H含量產生顯著影響。連鑄過（guò）程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導（dǎo）致吸H。對鋼包、中間包烘（hōng）烤，能有效地降低鋼（gāng）水的吸（xī）H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料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。更大的增（zēng）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（huǒ）材料對鋼水中（zhōng）夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材料對管（guǎn）線（xiàn）鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表（biǎo）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，其餘的堿性耐火材（cái）料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂（měi）鈣耐火（huǒ）材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中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（chéng）保護層，或者從鎂鈣質耐火材（cái）料表麵上剝（bāo）落下來上浮（fú）至保護渣層中；在（zài）鎂鈣質耐火材料（liào）中的活性CaO含（hán）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（de）抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態（tài）坩堝法研（yán）究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚（zhuān）的抗渣性。試驗結果得出（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（jī）質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度（dù）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（chóng）得多。相對而（ér）言，燒（shāo）成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成（chéng）鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣（zhā）侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的鎂（měi）鈣磚。鎂鈣質材料具有良（liáng）好的抵抗（kàng）高堿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，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低（dī）堿度熔渣具（jù）有（yǒu）較（jiào）強的侵蝕和滲透能力，主要（yào）是熔渣對基質的強溶蝕並（bìng）滲透作用。

遼（liáo）陽鎂磚之鎂鈣碳磚的性能（néng）及抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳（tàn）磚比鎂碳磚具有更好的（de）真空穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好（hǎo）；C含（hán）量越高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝落性能越（yuè）強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：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磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產生（shēng）結構剝落，蝕損最嚴重（chóng）；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕（qīng），是因為在磚的界麵上（shàng）產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而（ér）分（fèn）別比MgO—C磚（zhuān）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磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結（jié）果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧（yǎng）化性和熱震穩定性好，抗酸（suān）性熔（róng）渣能力強；而（ér）且磚中的CaO有利（lì）於鋼（gāng）水的脫（tuō）O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐（nài）火材料對潔（jié）淨鋼的影響

潔淨鋼係（xì）指鋼中有（yǒu）害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬（shǔ）夾雜（zá）物不僅數量少，而且尺（chǐ）寸很小和形態（tài）得到控製，合金元（yuán）素成分精準並且分布均勻，使鋼材具（jù）有高性（xìng）能、高品質。在鋼水（shuǐ）從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材（cái）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（wū）染（rǎn），唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除（chú）去鋼中的非金（jīn）屬夾雜物，而且不汙染環境。