徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考（kǎo）慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼（gāng）水（shuǐ）的淨化作用，總（zǒng）是認為耐火材（cái）料或多或少地會對鋼水（shuǐ）產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質（zhì））耐火（huǒ）材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料（liào）不但不汙染鋼水，反（fǎn）而能（néng）淨化鋼水，並且也不汙染環（huán）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（yǔ）鎂鈣（gài）質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，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（zhì）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白雲石（shí）做原料的定型或不（bú）定形耐火材料；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（nài）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，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量（liàng）越高，抗高（gāo）SiO2熔渣的能力（lì）越強（qiáng），高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫（tuō）硫、脫磷（lín）的效果越好，但抗水化和（hé）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（shè）備（bèi）的不同部位使用條件，合理選擇（zé）鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐火材料對淨化鋼水作用的（de）影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）的含量要求嚴格，需要爐外精（jīng）煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整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（zhì）反應，使其（qí）轉移到爐渣中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於（yú）CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，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，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空（kōng）條件下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大（dà）降低。因此，MgO質材料中加（jiā）入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火（huǒ）材料更合適（shì）。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣（zhā）必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含（hán）量低，就要選擇氧勢盡（jìn）可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存（cún）在，在鋼水（shuǐ）中的溶解（jiě）度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉（liàn）設（shè）備應（yīng）該選用（yòng）鎂鈣（gài）質耐火材料。溫度升高不（bú）利於脫（tuō）P，但（dàn）鋼包中采用（yòng）CaO含量（liàng）高即堿度高（gāo）的熔渣有（yǒu）利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣（yàng）也有利（lì）脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱（rè）震穩定性高、抗渣（zhā）滲透性好（hǎo），特別是熔（róng）渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應（yīng）生成高（gāo）熔（róng）點化合物C2S或C3S,形成保護層（céng），從而抑製熔渣（zhā）的滲透（tòu）。

關於H含量的問題，采用（yòng）真（zhēn）空精煉，其H主（zhǔ）要來自熔渣（zhā）或精煉設備內襯耐火材料（liào）的水分及有（yǒu）機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充分排除其（qí）中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增（zēng）高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性（xìng）能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影（yǐng）響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高（gāo），具有很（hěn）低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，被認為是防止鋼水（shuǐ）增氧的有（yǒu）效材（cái）料（liào）。

耐火材料對鋼中S的影（yǐng）響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的反應，檢驗鎂鈣（gài）質耐火材料的脫S效果。結果表明：在（zài）1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效（xiào）果（guǒ），使（shǐ）用白雲石質鋼（gāng）包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降（jiàng）低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可（kě）以避免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含量的影響（xiǎng）：匡加才研究MgO—CaO質（zhì）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（shí），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含量，鋼中P含（hán）量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量（liàng）的影響：實（shí）驗（yàn）表明，使用含C耐火材料，鋼水（shuǐ）顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發（fā）生輕微增C。

耐火材（cái）料對鋼（gāng）中（zhōng）H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分（fèn）以及其中的（de）有機粘結（jié）劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄（zhù）過（guò）程中，鋼包和（hé）中間（jiān）包係統中（zhōng）使用（yòng）保護套管保護主流時，有（yǒu）機粘結（jié）劑導致吸H。對鋼包、中（zhōng）間包烘烤（kǎo），能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的影（yǐng）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。更大的增N量在鋼（gāng）包與中間包之間，保護套管非常重要，連（lián）鑄的增N點就是長水口保護，此處（chù）增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對（duì）鋼水（shuǐ）中（zhōng）夾（jiá）雜物的影響：田（tián）琳等人研（yán）究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗（yàn）表明：在反應30min的（de）情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾（jiá）雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可與鎂鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生（shēng）成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地（dì）去除鋼中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔（róng）點化合（hé）物被吸附鎂鈣質耐（nài）火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐（nài）火材料表麵上剝（bāo）落下（xià）來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量（liàng）越高（gāo），吸附鋼（gāng）水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝（guō）法研究3種不鏽鋼（gāng）冶煉用（yòng）鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的（de）白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲（shèn）透能力比較強。燒成白雲（yún）石磚基質部分致密（mì）程度高，較不燒白雲石（shí）磚具有更好的抗高（gāo）堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度較低（dī）的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴（yán）重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的（de）燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能（néng）力好於CaO含量（liàng）低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力（lì），這是（shì）因為渣與鎂鈣材料作用析（xī）出C3S，使材料表層（céng）致密化而有效抑製熔渣的（de）滲透。低堿度熔（róng）渣具有較強（qiáng）的侵蝕和滲透能力，主要是熔（róng）渣對基質（zhì）的強溶蝕並滲透作用。

平頂山鎂（měi）磚之鎂鈣碳磚（zhuān）的性能（néng）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。除具（jù）備鎂鈣磚的特（tè）性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂碳磚具（jù）有更好的（de）真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於（yú）CaO及C的含量（liàng）。CaO含（hán）量（liàng）越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果（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（zhuān）的抗侵蝕研（yán）究：崔（cuī）淑賢等人采用煉鋼轉爐的（de）初期渣、中期渣和（hé）終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的（de）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（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為（wéi）在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣（zhā），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（wēn）中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研（yán）究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定（dìng）性好，抗酸性（xìng）熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的（de）電（diàn）爐（lú）爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨（jìng）鋼的影響

潔淨鋼（gāng）係指鋼中有害（hài）成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金（jīn）屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分（fèn）精準並（bìng）且分布均勻，使鋼材（cái）具有高性能、高品質。在鋼水（shuǐ）從冶煉到精煉的整個過程中，耐（nài）火材料始終與鋼（gāng）水接（jiē）觸，一般耐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鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而（ér）且不汙染環境。