徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼工藝的角（jiǎo）度研究提（tí）高鋼的純（chún）淨度，沒有考慮與鋼（gāng）水直接接觸的耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）水的淨（jìng）化作用，總是認為（wéi）耐（nài）火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質（zhì））耐火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、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料的特征

白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）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材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲（yún）石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的（de）白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料是用鎂石與白（bái）雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫（wēn）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FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越（yuè）差（chà）。因此，應該根據爐外（wài）精煉等熱工設備（bèi）的不（bú）同部位使（shǐ）用條件（jiàn），合理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（gāng）水作用的影響（xiǎng）

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等元（yuán）素及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量要求（qiú）嚴（yán）格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分（fèn）和均（jun1）勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等（děng）雜質反應，使其轉移到爐渣中（zhōng），具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉（liàn）低（dī）氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼等設備的耐火材料。近年（nián）來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽命、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（qǔ）得了很好（hǎo）的結果。

MgO在真空條件下容易揮（huī）發（fā），而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）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。因此，MgO質材料中加入一（yī）定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質（zhì）耐火材（cái）料，在高溫真空條件下使用（yòng）比純MgO質耐火（huǒ）材料更合（hé）適。

鋼水（shuǐ）中（zhōng）的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須（xū）是CaO含量高的（de）高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能（néng）要低。要使O含量低，就要（yào）選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼（gāng）水中的溶解度很小，而（ér）CaO的氧勢也很小（xiǎo），因此，精煉設備應該選用鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量（liàng）高（gāo）的鎂鈣質耐火材（cái）料同樣（yàng）也有利（lì）脫P。

鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料的熱（rè）震穩（wěn）定（dìng）性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐（nài）火材料（liào）中的CaO反應生（shēng）成高熔點（diǎn）化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製熔渣的滲透。

關於H含量的（de）問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉（liàn）設備內襯耐火（huǒ）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（de）水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能（néng）的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認（rèn）為MgO—CaO耐火材（cái）料中的CaO熱力學穩定（dìng）性高，具有（yǒu）很低的氧（yǎng）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（de）有效材（cái）料。

耐火材料對鋼（gāng）中S的影響：田（tián）琳等（děng）人試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣（gài）質耐火材料的（de）脫S效果。結果表明：在1600℃下（xià），反應45min時，脫S效果更好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包（bāo）獲得（dé）有效（xiào）的脫S效（xiào）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包內襯的再氧化能（néng）力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗（hào）。

耐（nài）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（yǐng）響。實驗結果表明：當澆注料中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（yī）步提高CaO含（hán）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，使用含C耐火材料，鋼水顯著（zhe）增（zēng）C，當同一製品第二次使用時，鋼（gāng）水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水（shuǐ）分以及（jí）其中的（de）有機粘結劑會對鋼（gāng）水（shuǐ）中的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（guǎn）保護主流時，有機（jī）粘結劑導致吸H。對鋼包（bāo）、中間包（bāo）烘烤，能有效地降低鋼水的吸（xī）H量。

耐火材料對（duì）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（huà）物在耐火材料（liào）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（zài）鋼（gāng）包（bāo）與中間包之間，保護套管非（fēi）常重要，連（lián）鑄的增N點（diǎn）就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實驗表（biǎo）明：在反應30min的（de）情況下（xià），隻有鎂鈣質耐火材（cái）料能（néng）去除鋼水中的夾雜（zá）物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜（zá）物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐（nài）火（huǒ）材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化（huà）合物，熔（róng）點（diǎn）約（yuē）為1400℃左右，可（kě）有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸（suān）三鈣)高熔點化合物被吸附鎂（měi）鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣（gài）質耐火材料表麵上剝落（luò）下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的（de）活（huó）性CaO含量越高，吸附（fù）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（yòng）靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高（gāo）的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和（hé）滲透（tòu）能力比（bǐ）較強。燒成白雲石磚基質（zhì）部分致密（mì）程度高，較不燒白雲石磚具有更（gèng）好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐（lú）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（shāo）成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕（shí）能（néng）力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料（liào）具（jù）有良好的（de）抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣（zhā）與鎂鈣材料作用析（xī）出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲（shèn）透。低堿度（dù）熔（róng）渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基（jī）質的強溶（róng）蝕並滲透（tòu）作用。

馬鞍山（shān）鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性（xìng）能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成（chéng）鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越（yuè）高，抗剝落性能越好（hǎo），淨化（huà）鋼水的效果也越好；C含量（liàng）越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣（gài）碳磚的（de）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（měi）碳磚（zhuān）的（de）侵蝕（shí）進行實驗。實（shí）驗結果表明：初期渣（zhā）MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產（chǎn）生結構剝落，蝕（shí）損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較（jiào）輕，是因為在（zài）磚（zhuān）的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和（hé）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。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲（yún）石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼（gāng）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（cái）料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係（xì）指鋼中有害成分（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）寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉（liàn）的整個過程中，耐火材（cái）料始（shǐ）終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白（bái）雲（yún）石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。