徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究（jiū）提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對（duì）鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會（huì）對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂（měi）鈣質）耐火材（cái）料的理論研究和實際試驗，得出鎂（měi）鈣質材（cái）料不但不汙（wū）染鋼水，反而能（néng）淨（jìng）化鋼水，並（bìng）且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐外（wài）精煉（liàn）裝置中應用日（rì）益增加。

白雲石與鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料的特征

白（bái）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（cái）料主要包括白雲（yún）石質耐火材料、鎂白雲石（shí）質耐火（huǒ）材料、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原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲（yún）石（shí）和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白（bái）雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影（yǐng）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含量越高，抗高（gāo）SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大（dà），抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越（yuè）好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉（liàn）等熱工設備的不同部位使用條件，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（liào）對淨（jìng）化鋼水作用的影響（xiǎng）

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中（zhōng）的雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量要求嚴（yán）格，需要爐外精煉除去鋼（gāng）中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻（yún）化等。鎂鈣質（zhì）耐火材料中的遊離CaO，易與（yǔ）鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移（yí）到爐（lú）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（cái）料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶煉潔淨鋼、純（chún）淨鋼（gāng）、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（jié）果（guǒ）。

MgO在真空條件下容易揮發，而（ér）CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數（shù））就（jiù）可使MgO相對揮發性大大降（jiàng）低。因（yīn）此，MgO質（zhì）材料（liào）中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質（zhì）耐火材料，在高溫真空條件下（xià）使（shǐ）用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含（hán）量低，熔渣必須是（shì）CaO含量高的高堿度渣，並且（qiě）鋼（gāng）水中（zhōng）溶（róng）解的（de）O含量盡可能（néng）要低。要（yào）使（shǐ）O含量低，就要（yào）選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在（zài），在鋼水中的溶（róng）解度很小，而CaO的氧勢也很（hěn）小，因此，精煉設備（bèi）應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高（gāo）的（de）熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質（zhì）耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的熱震穩定性（xìng）高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與（yǔ）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（de）問題，采（cǎi）用真空精（jīng）煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料（liào）的水分及（jí）有機添加物（wù）。熱力學分析認為：要在（zài）1200℃下長期烘（hōng）烤，充分排除其中的水分（fèn），就（jiù）不存在鋼水（shuǐ）中氫（H）含（hán）量增高問題。

鎂鈣質耐（nài）火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：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（de）氧（yǎng）平衡分壓，在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐（nài）火（huǒ）材料（liào）對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果（guǒ）表明（míng）：在1600℃下（xià），反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率（lǜ）降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫（tuō）S效果，使用白雲（yún）石質鋼包內襯是很必（bì）要的，這樣一方（fāng）麵可以盡可能降低鋼包內襯的（de）再氧化能力，另一（yī）方麵可以避（bì）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（de）影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料（liào）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%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳（tàn）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（tóng）一製品第二次使用時（shí），鋼（gāng）水僅發生輕微增C。

耐火材料（liào）對鋼中（zhōng）H(氫)含量（liàng）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（de）H含（hán）量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中（zhōng）間包（bāo）係統中使用（yòng）保護套管保護主流時，有機粘結劑導（dǎo）致吸（xī）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（liào）對鋼中N(氮)含量的（de）影（yǐng）響（xiǎng）：傳（chuán）統耐火材料N含量很低（dī），近年來氮化物在耐火材料（liào）中應用受到關注，如Sialon分解對（duì）鋼水造成（chéng）增（zēng）N。更大的增N量在（zài）鋼包與中間包之間（jiān），保護套管非（fēi）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（jiá）雜（zá）物的影響：田琳等（děng）人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響（xiǎng），實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂（měi）鈣質耐火材料能去除鋼（gāng）水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼（gāng）水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可與鎂（měi）鈣（gài）耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二鈣（gài）)和（hé）C3S(矽酸三鈣)高熔點化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（zhì）耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣（zhā）層中；在鎂（měi）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。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性（xìng）能：梁義（yì）兵等人采用（yòng）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（de）白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石（shí）磚具有更好的抗（kàng）高堿度渣侵（qīn）蝕（shí）性（xìng）。堿度較（jiào）低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和（hé）滲透比高堿度（dù）渣（zhā）嚴重（chóng）得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成（chéng）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力（lì）好於CaO含量低的鎂（měi）鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣（zhā）的侵蝕和滲透（tòu）能力，這（zhè）是因為渣（zhā）與（yǔ）鎂鈣（gài）材料（liào）作用析（xī）出C3S，使材料表層致密化（huà）而有效抑（yì）製（zhì）熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透（tòu）能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並（bìng）滲透作用。

山（shān）東鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚的（de）性能（néng）及抗侵蝕的研究

鎂鈣（gài）碳磚主要（yào）性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂（měi）鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚（zhuān）的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決（jué）於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗（kàng）剝落性能（néng）越好，淨化鋼水的效果（guǒ）也越（yuè）好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研（yán）究：崔淑賢等人（rén）采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期（qī）渣、中期渣和終期渣分別（bié）對鎂鈣（gài）碳磚（zhuān）及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期（qī）渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產（chǎn）生結構（gòu）剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕較輕，是因為在磚的界（jiè）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（fǎn）而分（fèn）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。

孫惠章等人（rén）研究結果表明鎂白雲石（shí）碳磚高溫抗氧化性和（hé）熱震（zhèn）穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等（děng），適合冶煉（liàn）鋼的電爐（lú）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，合金元素成分精準並且（qiě）分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉（liàn）到（dào）精煉的整個過（guò）程中，耐火材料始終（zhōng）與鋼水接觸，一般耐（nài）火材（cái）料對鋼水或多或少總有些汙染（rǎn），唯（wéi）有白雲（yún）石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去（qù）鋼中的非金屬夾雜物，而且（qiě）不汙染（rǎn）環境。