徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼的（de）純淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材料對鋼水的（de）淨化作（zuò）用，總是（shì）認為（wéi）耐火材料或多或少（shǎo）地會對（duì）鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲石（shí）質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實（shí）際試驗，得出鎂鈣質材（cái）料（liào）不但（dàn）不汙染（rǎn）鋼水（shuǐ），反而能淨化鋼水，並且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白（bái）雲石與鎂鈣質耐（nài）火材料的特征

白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原（yuán）料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為（wéi）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、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全（quán）部用煆燒或電（diàn）熔的白雲石做原料的定型（xíng）或不定形耐（nài）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火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫（wēn）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SiO2熔渣的能力越強，高（gāo）溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差（chà）。因此，應該根據爐（lú）外精煉等熱工（gōng）設備的不同部位（wèi）使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化（huà）鋼水作用的影（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（zá）物的含量（liàng）要求嚴格（gé），需要（yào）爐外精煉（liàn）除（chú）去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學（xué）成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等（děng）雜質反應，使其（qí）轉移到爐渣中，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、特殊鋼等設（shè）備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐（lú）襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐（nài）火材料進行了（le）許多試驗研（yán）究，取得了很好（hǎo）的結果。

MgO在真空條件下（xià）容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是（shì）有影響的（de），含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使（shǐ）MgO相對（duì）揮發性大大降（jiàng）低（dī）。因此，MgO質材料（liào）中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫（wēn）真空條件下使（shǐ）用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使（shǐ）鋼水S含量低，熔渣必須是（shì）CaO含量高的（de）高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含（hán）量盡可能要低。要（yào）使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的（de）耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存（cún）在，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），而CaO的氧勢也很小，因此，精煉（liàn）設備（bèi）應該（gāi）選用鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料。溫度升高不利於脫P，但鋼（gāng）包中采用（yòng）CaO含量高即堿（jiǎn）度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩（wěn）定（dìng）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（diǎn）化（huà）合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用（yòng）真空精煉，其H主（zhǔ）要（yào）來自（zì）熔渣（zhā）或精（jīng）煉設備內襯耐火材（cái）料的水分及有機（jī）添加物。熱力（lì）學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中（zhōng）氫（H）含量增（zēng）高問題。

鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料（liào）對鋼水性能的影響

耐火材（cái）料對鋼中氧含量的影響（xiǎng）：王龍（lóng）光等人認為MgO—CaO耐火（huǒ）材（cái）料中（zhōng）的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓（yā），在鋼水中的溶解度很小，被（bèi）認為是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效材料（liào）。

耐火材料對鋼中S的（de）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。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果（guǒ）更（gèng）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（huò）得有效（xiào）的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡（jìn）可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另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：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響（xiǎng）。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大（dà）幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高（gāo）CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的（de）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（pǐn）第二次使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增C。

耐火材（cái）料（liào）對鋼（gāng）中H(氫（qīng）)含量的影響：耐火材料中的（de）水分以及其中的有機粘結劑會對鋼（gāng）水中的H含（hán）量產生顯（xiǎn）著影響。連（lián）鑄過（guò）程中，鋼包和中間包（bāo）係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑（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（de）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。更大（dà）的增（zēng）N量在鋼包（bāo）與中（zhōng）間包之間（jiān），保護套管非常重要，連（lián）鑄的增（zēng）N點就是（shì）長水口保護，此處增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼（gāng）水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對（duì）管線鋼鋼（gāng）水潔淨化的（de）影響，實驗表明：在（zài）反應30min的情況下，隻（zhī）有（yǒu）鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的（de）堿性耐火材料均使鋼水（shuǐ）夾雜（zá）物數量（liàng）增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與鎂鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成（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夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應（yīng）生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸（xī）附鎂鈣（gài）質耐火材料表麵，形成保護層（céng），或者從鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）表（biǎo）麵上剝落下來上浮（fú）至保護渣層中；在（zài）鎂鈣質耐（nài）火材料中的活性CaO含量越（yuè）高，吸附（fù）鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等人采（cǎi）用靜態坩堝法研究（jiū）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（dù）高，較不燒白（bái）雲石磚具有更好的（de）抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對（duì）三種磚的侵蝕和（hé）滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能（néng）力好於（yú）CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣（gài）質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析（xī）出C3S，使材料表層致密化而有效（xiào）抑（yì）製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有（yǒu）較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣（zhā）對基質的強溶蝕並滲透作用。

汕頭鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研（yán）究（jiū）

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚（zhuān）種類（lèi）複雜。除具備鎂鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳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（liàng）。CaO含量越（yuè）高，抗（kàng）剝落性能越好（hǎo），淨（jìng）化鋼水的效果也越好；C含量越高（gāo），抗渣侵蝕和（hé）抗剝（bāo）落性能越強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵（qīn）蝕研究：崔淑賢等人（rén）采用煉鋼轉爐的初期渣、中期（qī）渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚的侵蝕進行實驗（yàn）。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（wéi）MgO—C磚產生（shēng）結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕（qīng），是（shì）因（yīn）為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期（qī）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（hé）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。

孫惠章等人研究結（jié）果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣（zhā）能力強；而且磚中的（de）CaO有利於鋼水的脫（tuō）O、脫S、脫P等，適合冶煉（liàn）鋼（gāng）的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對（duì）潔淨鋼的影（yǐng）響

潔淨（jìng）鋼係指鋼中有害（hài）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（xíng）態得（dé）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。在鋼水從（cóng）冶煉到精煉的整個過程（chéng）中，耐火材料始終與鋼水接觸，一（yī）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，而且不汙染環境（jìng）。