徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝（yì）的角度（dù）研究提高鋼的純淨（jìng）度，沒（méi）有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水（shuǐ）產生汙染。可是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣質）耐火材（cái）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，反而能淨化（huà）鋼水（shuǐ），並且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包（bāo）等爐外精煉裝置中應用日（rì）益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（shí）（CaCO3·MgCO3）是（shì）天然礦物原料，煆（duàn）燒後的（de）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（cái）料。

其中，白雲石質耐火（huǒ）材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的（de）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石與白雲石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂（měi）鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越（yuè）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（qiáng），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（néng）越差（chà）。因此，應該根據爐外（wài）精煉等熱工設備的不同部位使（shǐ）用條件，合理選（xuǎn）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影響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼等（děng）對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等（děng）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（huà）學成分和均勻化等（děng）。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具（jù）有除去雜質、淨化鋼水（shuǐ）的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也（yě）適合用於（yú）冶（yě）煉低氧鋼，是（shì）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（wéi）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（yún）石質耐火（huǒ）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（róng）易揮發，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（shǐ）MgO相對揮發性（xìng）大大降低。因此（cǐ），MgO質材（cái）料中加（jiā）入一定量（liàng）的CaO製成（chéng）MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高（gāo）溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐（nài）火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要（yào）使鋼水S含量（liàng）低，熔渣必須是CaO含量高（gāo）的高堿度渣（zhā），並且鋼水（shuǐ）中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就（jiù）要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），在鋼水中的溶解（jiě）度很小，而（ér）CaO的氧勢也（yě）很小，因此（cǐ），精煉設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度升（shēng）高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即（jí）堿度高的（de）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）定性（xìng）高、抗渣滲透性好，特別是熔（róng）渣（zhā）中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔（róng）點化合物C2S或C3S,形成保護（hù）層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來（lái）自熔渣（zhā）或精（jīng）煉設備內襯耐火材料的水分（fèn）及有機添加物。熱（rè）力學分（fèn）析認（rèn）為：要在1200℃下長期烘烤，充分（fèn）排除其中的水分，就（jiù）不存（cún）在鋼水中（zhōng）氫（qīng）（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料對鋼水性能的（de）影響

耐火（huǒ）材料對（duì）鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中的CaO熱力（lì）學穩定（dìng）性高，具有很低的氧平衡分壓（yā），在（zài）鋼水中的溶解度很小（xiǎo），被認為是防止鋼水（shuǐ）增氧的有（yǒu）效材（cái）料。

耐火材料對（duì）鋼中S的影響：田（tián）琳等人試驗研究鎂鈣（gài）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（míng）：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過（guò）45min，脫（tuō）S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使（shǐ）鋼包（bāo）獲（huò）得有效的脫S效果（guǒ），使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能（néng）降低鋼（gāng）包內襯的再氧化能（néng）力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度消耗。

耐火材（cái）料（liào）對鋼中P含量的（de）影響：匡（kuāng）加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅（fú）度降（jiàng）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。

耐火材料對鋼水碳含量（liàng）的影響：實驗（yàn）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（yòng）時（shí），鋼（gāng）水僅發生輕微增C。

耐火材（cái）料對（duì）鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及（jí）其中的有機粘結劑會對鋼水中（zhōng）的H含量產生顯著影響。連鑄過（guò）程中，鋼包和中間（jiān）包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼（gāng）水的（de）吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳（chuán）統耐火（huǒ）材料N含量很低，近（jìn）年（nián）來氮化物在耐火（huǒ）材料中應（yīng）用受（shòu）到關注，如Sialon分解（jiě）對鋼水造成增N。更大的增（zēng）N量在鋼（gāng）包與中間包（bāo）之間，保護套管非常重要，連（lián）鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾（jiá）雜物的影（yǐng）響：田（tián）琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼（gāng）鋼（gāng）水潔淨化的影響，實驗表明：在反（fǎn）應30min的情況下，隻有鎂鈣質（zhì）耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘（yú）的堿性耐（nài）火材料均使鋼水夾雜（zá）物數量增加。Al2O3、SiO2等（děng）夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐（nài）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（yòu），可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成（chéng）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（biǎo）麵，形成保護層，或者從（cóng）鎂鈣（gài）質耐火材料表麵上剝落下（xià）來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂（měi）鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種（zhǒng）不鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結（jié）果得出，CaO含（hán）量高的白雲石磚抗高堿度（dù）的（de）AOD渣侵蝕和滲透能（néng）力比較（jiào）強。燒成白雲石磚基質（zhì）部分致密程（chéng）度高，較不燒白雲（yún）石磚具有更好的抗高堿度（dù）渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三（sān）種磚的侵（qīn）蝕和（hé）滲透比高（gāo）堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗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（qīn）蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層（céng）致密（mì）化而（ér）有效抑製熔渣的滲透。低堿（jiǎn）度熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕和滲透能力（lì），主要（yào）是（shì）熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透作用（yòng）。

舒蘭鎂（měi）磚之鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及抗侵蝕的（de）研究（jiū）

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）備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定（dìng）性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能（néng）越（yuè）好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣（gài）碳磚（zhuān）的（de）抗侵蝕研（yán）究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐（lú）的初期（qī）渣（zhā）、中期渣和終（zhōng）期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實（shí）驗（yàn）。實（shí）驗結果（guǒ）表明：初（chū）期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生結構剝落，蝕損（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保（bǎo）護層；可是中期渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高（gāo）溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕（shí）嚴重（chóng）。

孫惠（huì）章等人研究結果表明（míng）鎂白雲石碳磚高溫抗氧化（huà）性和熱震穩定性好，抗酸性熔（róng）渣能力強；而且磚中的（de）CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指（zhǐ）鋼中有害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數（shù）量少，而且尺寸很小和形（xíng）態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼（gāng）材具（jù）有（yǒu）高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐（nài）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，唯有白雲石質（zhì）即鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。