徐平（píng）坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮（lǜ）與鋼水直接接觸的耐（nài）火材料對鋼水的淨化（huà）作用，總（zǒng）是（shì）認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是（shì）通（tōng）過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料的理論（lùn）研究和實（shí）際試驗，得出鎂鈣質材料（liào）不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且（qiě）也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉（liàn）裝置中（zhōng）應用日益增加（jiā）。

白雲石與鎂鈣質耐火材（cái）料的特征

白雲石（shí）（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦物原料，煆燒後的理論（lùn）組（zǔ）成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主（zhǔ）要（yào）包括白雲石（shí）質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐（nài）火材料；鎂白（bái）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（yǐng）響（xiǎng）鎂鈣質製品的（de）高（gāo）溫（wēn）使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗（kàng）水化能力越強；CaO含量越高，抗（kàng）高SiO2熔渣的能力越強（qiáng），高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差。因此（cǐ），應該根據爐外精煉等熱工設備的不同（tóng）部位使用條件，合（hé）理選（xuǎn）擇鎂（měi）鈣質耐火材料中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化（huà）鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中（zhōng）的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求（qiú）嚴格，需要爐外精煉（liàn）除（chú）去鋼中雜（zá）質（zhì）及夾雜物以及脫（tuō）氣、調整（zhěng）化學成分和均勻化等。鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料中（zhōng）的遊（yóu）離CaO，易與鋼水中的S、P等雜（zá）質（zhì）反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼（gāng）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，是爐外精煉冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼等（děng）設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長（zhǎng）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（shì）驗研究，取（qǔ）得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，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MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫（wēn）真空條件下使（shǐ）用比（bǐ）純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中（zhōng）的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必（bì）須是CaO含量高的高堿度渣（zhā），並且（qiě）鋼水（shuǐ）中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能（néng）低的耐火材料，Mg與（yǔ）Ca在高溫下以氣態存在，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含量高即堿度高的熔（róng）渣有利脫（tuō）P，因此，用CaO含（hán）量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂（měi）鈣質耐（nài）火（huǒ）材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲（shèn）入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物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，采用真空精煉，其（qí）H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火（huǒ）材料的（de）水分及有機添加物。熱力學分析認為（wéi）：要在（zài）1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量（liàng）增高問（wèn）題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含（hán）量的（de）影響：王龍（lóng）光（guāng）等人認為MgO—CaO耐火材料（liào）中的CaO熱力學穩（wěn）定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），被（bèi）認為（wéi）是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效材料。

耐（nài）火材料對（duì）鋼中S的影響：田（tián）琳等人（rén）試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反應，檢驗鎂鈣質耐火材（cái）料的脫S效果。結果表明（míng）：在1600℃下（xià），反應45min時，脫S效果更（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（shǐ）鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼（gāng）包內襯是很必要的（de），這樣一方麵可（kě）以盡可能降（jiàng）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（zhā）導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼（gāng）中P含量的影響：匡加才（cái）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（dī）。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次（cì）使用（yòng）時，鋼（gāng）水僅發生輕微增C。

耐（nài）火材料對鋼中H(氫（qīng）)含量的影響：耐火材（cái）料中的水分以及（jí）其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著（zhe）影響。連鑄過程中，鋼包和中（zhōng）間包係（xì）統中使用保護套管保護主流時，有機粘結（jié）劑導致吸（xī）H。對（duì）鋼包（bāo）、中間（jiān）包（bāo）烘烤，能有效地降低（dī）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（lái）氮（dàn）化物在耐火材料中應用受到（dào）關注，如Sialon分（fèn）解對鋼水造成增N。更（gèng）大的增（zēng）N量在鋼包與中（zhōng）間包之間，保護（hù）套管非常重要，連鑄的增N點（diǎn）就是長水口保護（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化（huà）的影響，實（shí）驗表（biǎo）明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材（cái）料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的（de）堿性（xìng）耐火材料均使鋼水夾雜（zá）物數量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料（liào）中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生（shēng）成Ca12Al4O3的複（fù）合化合物（wù），熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵（miàn），形成保護層，或者從鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在（zài）鎂鈣質（zhì）耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能（néng）力（lì）越（yuè）強。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性（xìng）。試驗結（jié）果得出，CaO含量高的白（bái）雲石磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕和滲透（tòu）能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程（chéng）度高（gāo），較（jiào）不燒（shāo）白雲石磚（zhuān）具有更好的抗高堿度渣侵蝕性（xìng）。堿度較（jiào）低的VOD爐渣（zhā）對三種磚的侵蝕（shí）和滲透比（bǐ）高堿度（dù）渣嚴重得多。相對而（ér）言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕性（xìng）明顯好於不燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的（de）燒（shāo）成鎂鈣（gài）磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料（liào）具有（yǒu）良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能（néng）力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表（biǎo）層（céng）致密（mì）化而有效（xiào）抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲（shèn）透作用（yòng）。

鬆原鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂（měi）鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有（yǒu）更好的真（zhēn）空穩定性、抗熱震性（xìng）。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）越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人（rén）采（cǎi）用煉鋼轉爐（lú）的初期渣、中期渣和（hé）終期渣分別對（duì）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（shí）損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產（chǎn）生（shēng）結構剝落，蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的（de）界麵上（shàng）產生了C2S保護層；可是中期（qī）渣和（hé）終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分（fèn）別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在（zài）高溫（wēn）中及被渣中∑FeO溶解，所（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果（guǒ）表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好（hǎo），抗酸（suān）性熔渣能力強；而且磚中（zhōng）的CaO有利（lì）於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐（lú）爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的（de）影響

潔淨鋼（gāng）係（xì）指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非（fēi）常少，非金屬夾（jiá）雜物（wù）不僅數量（liàng）少，而且尺寸很小和（hé）形（xíng）態得（dé）到（dào）控製（zhì），合金元素成分精準並且分布均勻（yún），使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼（gāng）水接觸，一般耐（nài）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（nài）火（huǒ）材料（liào）能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。