徐平坤

以前，從（cóng）煉（liàn）鋼工藝的角度研究（jiū）提高鋼的純（chún）淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用（yòng），總是認為耐火材（cái）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（nài）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（shuǐ），反而能淨化鋼水（shuǐ），並且也不汙（wū）染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外（wài）精煉裝置（zhì）中應用日益增加。

白（bái）雲石與鎂鈣質耐火材（cái）料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆（duàn）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（zhǔ）要包括白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐（nài）火材料。

其中（zhōng），白雲石質耐火材料是指全部用（yòng）煆燒或電（diàn）熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白（bái）雲石（shí）合成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含量的變化影響（xiǎng）鎂鈣質製品的（de）高溫使用性能，MgO含（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高（gāo）SiO2熔渣的（de）能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的（de）效果越好，但（dàn）抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差（chà）。因此，應該根據（jù）爐外精（jīng）煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐（nài）火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐火材（cái）料（liào）對淨化鋼水作用（yòng）的影響（xiǎng）

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等夾雜物的含量要（yào）求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以（yǐ）及脫氣、調整（zhěng）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（dào）爐渣中，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（liào）也適（shì）合用於冶煉低氧鋼，是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，為了淨化（huà）鋼水、延長爐（lú）襯壽命、降低耐火材料消（xiāo）耗，研究人員（yuán）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（yì）揮（huī）發，而CaO對MgO的揮（huī）發性（xìng）是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發（fā）性大大降低。因此，MgO質材料中（zhōng）加入（rù）一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在（zài）高溫真空條（tiáo）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（gāo）的高堿度渣，並且（qiě）鋼水中溶解的O含（hán）量盡可（kě）能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火（huǒ）材料，Mg與Ca在高溫下以（yǐ）氣（qì）態存（cún）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。溫度升高不利於脫（tuō）P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高即堿度高（gāo）的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料（liào）同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣（zhā）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（céng），從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問（wèn）題，采用（yòng）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（shuǐ）分及有機添加物（wù）。熱力學分（fèn）析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就（jiù）不存在鋼水（shuǐ）中氫（H）含量（liàng）增（zēng）高問題。

鎂鈣質耐火材料（liào）對鋼水性能的影響

耐火材（cái）料對鋼中氧含量（liàng）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，在鋼水中的溶解度很小，被認為是（shì）防止鋼水增氧的（de）有（yǒu）效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中（zhōng）S的（de）反應，檢（jiǎn）驗鎂鈣（gài）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（lǜ）達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使（shǐ）鋼包獲得有效的脫S效果（guǒ），使用白（bái）雲石質鋼包內襯是很必要（yào）的（de），這樣（yàng）一方麵可（kě）以盡可能降低鋼包內（nèi）襯的再氧（yǎng）化能力，另（lìng）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。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研（yán）究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含（hán）量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含（hán）量，鋼（gāng）中（zhōng）P含量僅有小（xiǎo）幅度（dù）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，鋼水顯著增C，當同一製品第二（èr）次使用時，鋼（gāng）水僅發生（shēng）輕微（wēi）增C。

耐（nài）火（huǒ）材料對鋼中H(氫)含量的影響（xiǎng）：耐火材料中的水（shuǐ）分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過（guò）程中，鋼包和中（zhōng）間包係統中使用保護（hù）套管保（bǎo）護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼（gāng）包、中間包烘（hōng）烤，能有效地降低鋼水的吸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（gèng）大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管（guǎn）非常重要，連鑄的增N點就是（shì）長水口保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐（nài）火材（cái）料對鋼（gāng）水中夾（jiá）雜物的影響：田琳等人研（yán）究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實驗表明：在反（fǎn）應30min的情（qíng）況下，隻有鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料（liào）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（zhōng）的（de）CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複（fù）合化（huà）合物，熔點約為1400℃左（zuǒ）右，可有效（xiào）地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與（yǔ）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鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐（nài）火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中（zhōng）；在鎂鈣質耐火材料中的活（huó）性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐（nài）火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采（cǎi）用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白（bái）雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和（hé）滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度（dù）高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種（zhǒng）磚（zhuān）的侵蝕和（hé）滲透比高堿度（dù）渣嚴重得（dé）多。相對（duì）而言，燒成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於不燒鎂（měi）鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣（gài）磚抵抗低堿（jiǎn）度渣（zhā）侵蝕能（néng）力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具（jù）有良好（hǎo）的抵抗高（gāo）堿度熔渣的侵蝕（shí）和滲透能力，這是因為渣與（yǔ）鎂鈣材料作用（yòng）析（xī）出C3S，使材料表層致密化而（ér）有效（xiào）抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕和（hé）滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲（shèn）透作（zuò）用。

南（nán）川鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種（zhǒng）類複雜。除具備鎂鈣（gài）磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空（kōng）穩定性、抗熱震（zhèn）性。鎂鈣碳（tàn）磚的性（xìng）能同（tóng）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；C含量（liàng）越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

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（fèn）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磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕較輕（qīng），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磚的蝕損率反而分別（bié）比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因（yīn）為其在高溫中（zhōng）及被渣中（zhōng）∑FeO溶（róng）解，所（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠（huì）章等人研（yán）究結果表明鎂（měi）白雲石碳磚高溫（wēn）抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且（qiě）磚（zhuān）中的CaO有利於（yú）鋼（gāng）水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼（gāng）的電爐爐襯。

白雲石質耐火（huǒ）材（cái）料對潔淨鋼的影響

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