徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與（yǔ）鋼（gāng）水（shuǐ）直（zhí）接接觸的（de）耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認（rèn）為耐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（鎂鈣質）耐火材料（liào）的理論研（yán）究和實際試驗，得（dé）出鎂鈣質材（cái）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（děng）爐（lú）外精煉裝置中應用（yòng）日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然礦物原（yuán）料（liào），煆（duàn）燒後（hòu）的理論組成（chéng）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（kuò）白雲石質耐（nài）火材料、鎂白（bái）雲石質耐火材料、鎂鈣質耐（nài）火材料。

其中，白雲石質（zhì）耐火材料是指（zhǐ）全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定（dìng）型或不定形耐火材料（liào）；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白（bái）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使用性能，MgO含量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕（rú）變越大，抗剝（bāo）落性能和脫（tuō）硫、脫磷的效果越好（hǎo），但抗水化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性（xìng）能越差。因此，應該根據爐外精煉（liàn）等熱工設備的不同部位使用（yòng）條件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）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（gāng）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、調整化學（xué）成分和均勻化等。鎂（měi）鈣質耐火材料中（zhōng）的遊離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜質反（fǎn）應（yīng），使其（qí）轉移（yí）到爐渣（zhā）中，具有除去雜質、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用於冶煉低（dī）氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨（jìng）鋼、特殊鋼（gāng）等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材（cái）料消耗，研究人（rén）員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很（hěn）好的結果。

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

鋼水中（zhōng）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（dù）渣，並且鋼水中溶解的O含量（liàng）盡可能要低。要使O含量低，就要選擇（zé）氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫（wēn）下以氣態存在，在鋼（gāng）水中的溶解度很小（xiǎo），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）高的鎂鈣質耐（nài）火材料同樣（yàng）也（yě）有（yǒu）利脫P。

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

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要（yào）來自熔渣或精煉設備內襯耐火材（cái）料的（de）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（pái）除其中的水分，就不（bú）存在鋼水（shuǐ）中（zhōng）氫（H）含（hán）量（liàng）增高問題。

鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料對鋼水性能的影響

耐（nài）火材料對（duì）鋼中氧含量的影響：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（yǒu）很低的氧平（píng）衡分壓（yā），在鋼水中的溶解度很小，被（bèi）認為是（shì）防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的（de）影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫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（lǜ）降低，出現“回S”現象（xiàng）。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯（chèn）是很（hěn）必要的（de），這樣一方麵（miàn）可以盡可能（néng）降（jiàng）低鋼包內襯（chèn）的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料（liào）的過度消耗。

耐火材料對鋼（gāng）中P含量的影響：匡加才研（yán）究MgO—CaO質澆注料對鋼（gāng）中P含量的影響。實（shí）驗結果表明（míng）：當（dāng）澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原（yuán）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量的影響：實驗表明，使用含C耐火（huǒ）材料，鋼水顯著增（zēng）C，當同一製品（pǐn）第二次使用時，鋼水僅發生輕微（wēi）增C。

耐火材料對（duì）鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的（de）水分（fèn）以及其中的有（yǒu）機粘結劑會對（duì）鋼水中的H含量（liàng）產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包（bāo）係統中使用保護套（tào）管保護主流時，有機粘結劑導致（zhì）吸（xī）H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降（jiàng）低鋼（gāng）水的吸H量。

耐火（huǒ）材（cái）料對鋼（gāng）中N(氮)含量的影響：傳統（tǒng）耐火材料N含量很低（dī），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N量在鋼包（bāo）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（cǐ）處增（zēng）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（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料（liào）對（duì）管線鋼鋼水潔淨化的影響（xiǎng），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（zá）物，其餘的堿性耐火材料均使鋼（gāng）水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與鎂（měi）鈣（gài）耐火材料中的（de）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（fǎn）應生成C2S(矽酸二鈣)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（bǎo）護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵（miàn）上剝落（luò）下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料的（de）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（gāng）冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得出，CaO含量高的白雲（yún）石磚抗（kàng）高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質（zhì）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（shí）性。堿度較低的（de）VOD爐渣對三（sān）種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒（shāo）鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的（de）抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是（shì）因為渣與鎂鈣材（cái）料作用析出C3S，使材料表層致（zhì）密化（huà）而有效抑（yì）製熔（róng）渣的滲（shèn）透。低（dī）堿度熔渣具有較強的侵（qīn）蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

密雲鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：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，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震（zhèn）性。鎂（měi）鈣碳磚（zhuān）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（néng）越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝（bāo）落性能越強。

鎂鈣碳磚的（de）抗（kàng）侵蝕研究：崔（cuī）淑（shū）賢等人（rén）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（biǎo）明：初期（qī）渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）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（shì）因為在磚的界麵上產生了C2S保護（hù）層（céng）；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損（sǔn）率反而分別比（bǐ）MgO—C磚高（gāo）0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表（biǎo）明鎂（měi）白雲（yún）石（shí）碳磚高（gāo）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（yú）鋼水的脫O、脫S、脫（tuō）P等（děng），適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對（duì）潔（jié）淨鋼的影響

潔淨鋼係（xì）指鋼中有害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅（jǐn）數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且（qiě）分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品質。在鋼（gāng）水從冶煉到精煉的整個過（guò）程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對（duì）鋼（gāng）水或多或少總有（yǒu）些汙（wū）染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼（gāng）中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。