徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨（jìng）度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產（chǎn）生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料（liào）的理論（lùn）研究和（hé）實（shí）際（jì）試驗，得出（chū）鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而（ér）能淨化鋼水，並且（qiě）也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中（zhōng）應用日（rì）益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲（yún）石（shí）（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原（yuán）料，煆燒後的理論組成為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂（měi）白（bái）雲石質耐火材料、鎂鈣質耐（nài）火材料。

其中（zhōng），白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲（yún）石（shí）做原料的定型或不定形耐火（huǒ）材料；鎂白雲石（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（pǐn）的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強（qiáng）；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（hé）脫硫、脫磷的效果（guǒ）越好，但抗水化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能（néng）越差。因此，應該根（gēn）據爐外精煉等熱工設備的不（bú）同部（bù）位使（shǐ）用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲石質（zhì）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（wù）的含量（liàng）要求嚴格，需要爐外（wài）精煉除（chú）去（qù）鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成（chéng）分和均（jun1）勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等雜質（zhì）反應，使其轉移到爐渣中，具有（yǒu）除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢（shì）很低，鎂鈣質耐火材料也適合（hé）用於冶煉低氧鋼，是（shì）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（lái），為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究（jiū）人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了（le）很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，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。因（yīn）此，MgO質（zhì）材料中加入一（yī）定量的（de）CaO製成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在高（gāo）溫真空條件下使用比純MgO質耐火（huǒ）材料（liào）更（gèng）合適。

鋼水（shuǐ）中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必（bì）須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶（róng）解的O含量盡可（kě）能要低。要使O含量低（dī），就要選擇氧勢盡（jìn）可能低的耐火材料，Mg與Ca在（zài）高溫下以氣態存（cún）在，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，而CaO的（de）氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼（gāng）包中（zhōng）采用（yòng）CaO含量高即（jí）堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利（lì）脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩（wěn）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，從而抑製熔渣的滲透。

關於（yú）H含量（liàng）的問題（tí），采用真（zhēn）空精煉，其（qí）H主（zhǔ）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（bú）存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料對（duì）鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量（liàng）的影響：王（wáng）龍光等人認為MgO—CaO耐火材（cái）料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼（gāng）水中的溶（róng）解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田（tián）琳等人試驗研究（jiū）鎂鈣磚與鋼水中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（guò）45min，脫S率降（jiàng）低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使（shǐ）用白雲石質鋼包內襯是很必要的（de），這樣一方麵可以盡（jìn）可能降低鋼包內襯的（de）再氧化能力，另一方麵（miàn）可以（yǐ）避免強還（hái）原條件下（xià）鋼包（bāo）渣（zhā）導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中（zhōng）P含量的影響（xiǎng）。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為（wéi）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（zhōng）P含量僅有小幅度降低。

耐（nài）火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中（zhōng）的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統（tǒng）中使用保（bǎo）護套管（guǎn）保護主流時，有機粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼包、中間包（bāo）烘烤（kǎo），能（néng）有（yǒu）效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量（liàng）的影響：傳統耐火材料（liào）N含量很低，近年來氮（dàn）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（gāng）包與中（zhōng）間（jiān）包之間，保護套管非（fēi）常重要，連鑄的增N點就是長（zhǎng）水口保護，此（cǐ）處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等（děng）人研（yán）究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影（yǐng）響，實驗表明：在反應30min的情況下（xià），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（nài）火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合物，熔點約為1400℃左右，可（kě）有效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸二鈣)和（hé）C3S(矽酸三（sān）鈣)高熔點化合物被吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保（bǎo）護（hù）層，或者從（cóng）鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮（fú）至保護渣層中；在鎂鈣質耐（nài）火材料中的活性（xìng）CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣（gài）質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法（fǎ）研究3種不鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，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（de）抗高堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透（tòu）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鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料（liào）具有良（liáng）好的抵抗高（gāo）堿度熔（róng）渣的侵蝕和滲透能力，這是因（yīn）為渣與鎂鈣材（cái）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。低堿度熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣（zhā）對基質的強溶蝕並滲透作用。

內（nèi）蒙古鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕的研（yán）究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成（chéng）鎂（měi）鈣（gài）磚種類複雜。除具備（bèi）鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂碳磚具有更（gèng）好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取（qǔ）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（de）效果（guǒ）也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝（bāo）落性能越強。

鎂鈣（gài）碳磚（zhuān）的抗侵蝕研（yán）究：崔（cuī）淑賢等人（rén）采用煉鋼轉爐的初期渣（zhā）、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚（zhuān）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7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產（chǎn）生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕損率（lǜ）反而（ér）分（fèn）別比（bǐ）MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及（jí）被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果（guǒ）表（biǎo）明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震（zhèn）穩定性好，抗酸性熔渣（zhā）能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉（liàn）鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾（jiá）雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控（kòng）製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材（cái）具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉（liàn）的整個過（guò）程中（zhōng），耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐（nài）火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化（huà）鋼水，除去鋼中的非（fēi）金屬夾（jiá）雜物，而且不汙染環境。