徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸（chù）的耐火材料對鋼水的（de）淨（jìng）化作用，總是認（rèn）為耐火材料或多或（huò）少地會對鋼水（shuǐ）產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材（cái）料（liào）的理論研究和實際試驗（yàn），得出（chū）鎂鈣質材料不但（dàn）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（gāng）包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特（tè）征

白（bái）雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是（shì）天然礦物原料，煆燒後的理論（lùn）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（huǒ）材料。

其中（zhōng），白雲石（shí）質耐火材料是指全部用煆燒或（huò）電熔的白雲石做原料的（de）定型或不定形耐火材料；鎂白雲（yún）石和鎂鈣質耐火材（cái）料是用鎂石與白雲石（shí）合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製（zhì）品的高（gāo）溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣（zhā）的（de）能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效（xiào）果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的（de）不同部位（wèi）使用條件，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水作用的（de）影（yǐng）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等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉（liàn）除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、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（yì）與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼（gāng）水的（de）功能。由於（yú）CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設（shè）備的耐火材料。近年來，為了淨化（huà）鋼水、延長爐襯壽命、降低（dī）耐火材料消耗，研究人員對（duì）白雲石質耐火材料進行了許多（duō）試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易（yì）揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩（mó）爾（ěr）分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材（cái）料中加入一定量的（de）CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在（zài）高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合（hé）適。

鋼水中（zhōng）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（qiě）鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的（de）耐（nài）火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在（zài），在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也（yě）很小（xiǎo），因此，精煉（liàn）設（shè）備應該（gāi）選用鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料（liào）。溫度升高不利於脫P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材（cái）料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲（shèn）透（tòu）性好，特別是熔（róng）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（xíng）成保護（hù）層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含（hán）量的問（wèn）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（jí）有（yǒu）機添（tiān）加（jiā）物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘（hōng）烤，充分排除其中的（de）水分，就不存在鋼水（shuǐ）中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料（liào）對鋼中氧含量的影響：王龍光等人（rén）認為MgO—CaO耐火材（cái）料中的CaO熱（rè）力學穩定性高，具有（yǒu）很低的（de）氧（yǎng）平衡（héng）分壓，在鋼水中的溶解（jiě）度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料（liào）。

耐火材料對鋼中（zhōng）S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼（gāng）水中（zhōng）S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結（jié）果表明：在1600℃下，反應（yīng）45min時，脫S效果更好（hǎo），脫S率達70.12%；超過（guò）45min，脫S率降低，出（chū）現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果（guǒ），使用白雲石質鋼包內（nèi）襯是很必要（yào）的，這樣（yàng）一方麵可以盡（jìn）可能（néng）降低鋼包內襯的再氧化能力（lì），另（lìng）一方麵可以避免（miǎn）強還原條件下鋼包渣導致耐火（huǒ）材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影（yǐng）響：匡（kuāng）加才研究MgO—CaO質澆注料（liào）對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當（dāng）澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低（dī），由原始的0.1%降低到0.01%，進一（yī）步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對（duì）鋼水碳含量的影響：實（shí）驗表（biǎo）明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增（zēng）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（yǐng）響：耐火材料（liào）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（yǐng）響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套（tào）管保護主流時，有機粘結（jié）劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效（xiào）地降低鋼水的吸H量。

耐火材料（liào）對（duì）鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近（jìn）年來氮化物在耐火（huǒ）材料中應用受（shòu）到關注（zhù），如Sialon分解對鋼水造成（chéng）增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護（hù）套管非（fēi）常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增（zēng）N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了（le）鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材（cái）料（liào）對管線鋼鋼水潔淨（jìng）化的影響，實驗表明：在反應（yīng）30min的情（qíng）況下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性（xìng）耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應（yīng），如CaO與（yǔ）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（gāng）中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣（gài）)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被（bèi）吸附鎂鈣質耐火材料表麵（miàn），形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料（liào）表麵上剝落下來（lái）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。

鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石（shí）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VOD爐（lú）渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對（duì）而言（yán），燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明（míng）顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗（kàng）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抵（dǐ）抗高（gāo）堿度熔渣的侵蝕和滲透（tòu）能力（lì），這是因為渣（zhā）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。低堿度熔（róng）渣具有較強的侵蝕（shí）和（hé）滲透能力，主要是熔渣對（duì）基質的強溶蝕並（bìng）滲透作用。

南開鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的（de）性（xìng）能及（jí）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。除具備鎂鈣磚的特（tè）性外，鎂鈣碳磚比鎂碳（tàn）磚具有更（gèng）好（hǎo）的真空穩（wěn）定性、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的性能同時取決於CaO及C的含量（liàng）。CaO含（hán）量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水（shuǐ）的效（xiào）果（guǒ）也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵（qīn）蝕研究（jiū）：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期（qī）渣、中期渣（zhā）和終（zhōng）期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚（zhuān）的侵蝕進行實（shí）驗（yàn）。實驗結果（guǒ）表明（míng）：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構（gòu）剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較（jiào）輕，是因（yīn）為（wéi）在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率（lǜ）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（zhāng）等人研究結果表明鎂白（bái）雲石碳磚高溫抗（kàng）氧（yǎng）化性（xìng）和熱震穩定性好，抗酸（suān）性（xìng）熔渣能（néng）力強；而且磚中的CaO有利於鋼（gāng）水的（de）脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質（zhì）耐火材料對（duì）潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非常（cháng）少，非金屬夾雜物不僅數量少（shǎo），而且尺寸很（hěn）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（zài）鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白（bái）雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化（huà）鋼水，除去（qù）鋼中的非（fēi）金屬夾雜物，而且不汙染環境。