徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提（tí）高鋼的純淨度（dù），沒有考慮與（yǔ）鋼水（shuǐ）直接接觸的（de）耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料（liào）或多（duō）或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不（bú）但不汙染鋼（gāng）水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應（yīng）用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火（huǒ）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（bǐ）值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐（nài）火材料、鎂白雲石質耐火材（cái）料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全（quán）部用煆燒或電熔的白雲石做（zuò）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（měi）石與白雲石（shí）合成的耐火材（cái）料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣（gài）質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水（shuǐ）化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高（gāo）溫蠕變越大（dà），抗（kàng）剝落性能和脫（tuō）硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能（néng）越差。因此，應該（gāi）根據爐（lú）外精煉等熱工設備的不同部（bù）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（yún）石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨（jìng）鋼（gāng）、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（de）含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼（gāng）中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學（xué）成分和均勻化等。鎂鈣質（zhì）耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其（qí）轉移到爐渣中，具有除去（qù）雜（zá）質、淨化鋼水的功（gōng）能。由於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（liàn）潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼（gāng）等（děng）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（jiū）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在真空條件下容易（yì）揮發，而CaO對MgO的揮發（fā）性是（shì）有影（yǐng）響的（de），含有10%～20%CaO（摩爾分數）就（jiù）可使（shǐ）MgO相對揮（huī）發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一（yī）定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐（nài）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（jiǎn）度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要（yào）低。要使O含量低，就要（yào）選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在（zài）高溫下以氣態存在（zài），在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設備應該（gāi）選用鎂鈣質耐火材料。溫（wēn）度升（shēng）高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高（gāo）即堿度高（gāo）的熔渣（zhā）有（yǒu）利脫P，因此，用CaO含量高的（de）鎂鈣質耐火材（cái）料同樣也有利脫P。

鎂鈣（gài）質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特（tè）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（huà）合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精（jīng）煉，其H主（zhǔ）要來（lái）自熔渣（zhā）或精煉設備內襯耐火材料的水分（fèn）及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘（hōng）烤，充分（fèn）排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增（zēng）高問題。

鎂鈣質（zhì）耐火材料對（duì）鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響（xiǎng）：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（de）溶解（jiě）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（yǐng）響：田琳等（děng）人試驗研（yán）究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材（cái）料的脫S效果。結果表明（míng）：在1600℃下，反應（yīng）45min時，脫S效果更（gèng）好，脫（tuō）S率達70.12%；超過45min，脫S率（lǜ）降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是（shì）很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯（chèn）的（de）再氧化能力，另一方（fāng）麵可以避免強還原條件下鋼包（bāo）渣導致耐火材料的過（guò）度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質澆注料對（duì）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含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進（jìn）一步提高CaO含（hán）量，鋼中P含（hán）量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含（hán）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（wēi）增C。

耐（nài）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（bāo）和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘（zhān）結劑（jì）導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，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（jiě）對鋼水造（zào）成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護（hù）套管非常重要，連鑄的增N點就是長（zhǎng）水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對（duì）鋼水中夾雜物的影響：田琳等人（rén）研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火材料對管線鋼鋼水潔（jié）淨化的影響，實驗表明：在反（fǎn）應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中（zhōng）的夾雜物，其餘的（de）堿性耐火（huǒ）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（de）CaO反應，如CaO與（yǔ）Al2O3反應生（shēng）成Ca12Al4O3的複合化合物，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（yīng）生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化（huà）合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從（cóng）鎂鈣質耐火材料表麵上剝落（luò）下來（lái）上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗（kàng）侵蝕性（xìng）能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研（yán）究3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣（gài）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（hé）滲透能力比（bǐ）較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高（gāo），較不燒白雲石磚具有更好的抗（kàng）高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和（hé）滲透（tòu）比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣（gài）磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂（měi）鈣（gài）磚，CaO含量高（gāo）的燒（shāo）成（chéng）鎂鈣（gài）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抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這（zhè）是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材（cái）料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低（dī）堿度熔渣具有（yǒu）較強的侵（qīn）蝕和（hé）滲透能力，主要是熔渣對基質的（de）強（qiáng）溶蝕並（bìng）滲透作（zuò）用。

日照鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成（chéng）鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳（tàn）磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝落性能越（yuè）好，淨化（huà）鋼水的效果也越好（hǎo）；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗（kàng）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（chū）期渣、中期渣和（hé）終期渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳（tàn）磚的侵蝕（shí）進行（háng）實驗。實驗（yàn）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磚的侵蝕較（jiào）輕，是因為在磚的（de）界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其（qí）在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所（suǒ）以比MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴重。

孫惠章等（děng）人（rén）研究結果表明鎂白雲（yún）石碳磚高（gāo）溫抗氧化（huà）性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而（ér）且磚中的CaO有利於（yú）鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電（diàn）爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指（zhǐ）鋼中有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製（zhì），合（hé）金元（yuán）素成分精準並且（qiě）分布均勻，使鋼材具有高性（xìng）能、高品質（zhì）。在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（wū）染（rǎn），唯有（yǒu）白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化（huà）鋼水，除去鋼中的非金屬夾（jiá）雜物，而且（qiě）不汙染環境。