徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒（méi）有考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火材（cái）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產生汙染。可是通過對（duì）白（bái）雲石質（鎂鈣質（zhì））耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等（děng）爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂（měi）鈣質耐火材料的（de）特（tè）征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）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（wéi）1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂（měi）白雲石質耐火材料、鎂鈣質（zhì）耐火材料。

其中，白（bái）雲（yún）石質（zhì）耐火材料是指全部用煆（duàn）燒或電熔的白雲石做原料（liào）的定（dìng）型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料是用鎂（měi）石與白雲石合成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含量的變化影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SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能（néng）和（hé）脫硫（liú）、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越（yuè）差。因（yīn）此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使（shǐ）用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響（xiǎng）

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中（zhōng）的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要（yào）爐外精煉除去（qù）鋼中雜（zá）質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均（jun1）勻化等。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（zhuǎn）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（yě）煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的（de）耐火材料。近年來（lái），為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗（hào），研究人員對（duì）白雲石（shí）質（zhì）耐火材料進行了許多試驗研究（jiū），取得了很好的結果。

MgO在真空條件（jiàn）下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性（xìng）是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使（shǐ）MgO相對揮發（fā）性大（dà）大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質（zhì）耐火材料，在（zài）高溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐火材料更合（hé）適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿（jiǎn）度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可（kě）能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡（jìn）可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水（shuǐ）中的溶解度（dù）很小（xiǎo），而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉（liàn）設備應該選用鎂鈣質耐火（huǒ）材料。溫度升高（gāo）不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用（yòng）CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的熱震穩（wěn）定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會（huì）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，從而抑製熔渣的滲（shèn）透。

關於H含量的問題（tí），采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備（bèi）內襯（chèn）耐火材料（liào）的水分及有機添加（jiā）物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分（fèn）排除其中的水（shuǐ）分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能（néng）的影響

耐火材料對鋼中氧（yǎng）含量的影響：王龍（lóng）光等（děng）人認為MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力（lì）學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認（rèn）為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對（duì）鋼中S的影響：田琳（lín）等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反應，檢驗鎂鈣質耐火材料（liào）的脫S效（xiào）果。結果表（biǎo）明（míng）：在1600℃下，反應45min時，脫（tuō）S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為（wéi）了使（shǐ）鋼包（bāo）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，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包（bāo）內襯的再氧化能力（lì），另一（yī）方麵可（kě）以避免強還（hái）原條件下鋼包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MgO—CaO質澆注料對鋼（gāng）中P含量的影響。實驗結果表明：當澆（jiāo）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（yī）步提（tí）高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅（fú）度降低。

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（xiǎn）著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中（zhōng）H(氫)含（hán）量的影（yǐng）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（zhù）過程中，鋼包和中間（jiān）包係統中使（shǐ）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（kǎo），能有效地降（jiàng）低鋼水的吸H量。

耐火材料（liào）對鋼中N(氮（dàn）)含量的影響：傳（chuán）統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火（huǒ）材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的（de）增（zēng）N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點（diǎn）就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料對鋼水中夾雜物的影（yǐng）響（xiǎng）：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂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（yǒu）鎂鈣質耐火材料能去除（chú）鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等（děng）夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的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。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，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上（shàng）浮至保護渣（zhā）層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性（xìng）CaO含量（liàng）越高，吸（xī）附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研（yán）究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗（kàng）渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗（kàng）高堿度的AOD渣（zhā）侵蝕和滲透能力比較強。燒成白（bái）雲石磚（zhuān）基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣（zhā）侵（qīn）蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三（sān）種磚的侵蝕和滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣（gài）磚（zhuān），CaO含量高（gāo）的燒成（chéng）鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕能力（lì）好於CaO含量低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材料具有良好的（de）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出C3S，使（shǐ）材料表層致密化而有效抑製熔渣（zhā）的滲透（tòu）。低堿度熔渣具（jù）有較強的侵蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是熔渣（zhā）對基質的強溶蝕並滲透作用。

宿州鎂（měi）磚（zhuān）之（zhī）鎂鈣碳磚的性能及（jí）抗侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成鎂（měi）鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳（tàn）磚比鎂碳（tàn）磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落（luò）性（xìng）能越好，淨化（huà）鋼水的效（xiào）果（guǒ）也（yě）越（yuè）好（hǎo）；C含量越高，抗渣（zhā）侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的（de）抗侵蝕研（yán）究：崔淑賢（xián）等人（rén）采用煉（liàn）鋼轉（zhuǎn）爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對（duì）鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實（shí）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MgO—C磚產生結（jié）構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕較輕，是因為在磚（zhuān）的界麵（miàn）上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期（qī）渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因（yīn）為其在高溫中及（jí）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（míng）鎂白雲石（shí）碳磚高溫抗氧（yǎng）化性和熱震穩（wěn）定性（xìng）好，抗酸性熔渣能力強；而（ér）且磚中的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（liào）對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜（zá）物不僅數量（liàng）少，而且尺寸很小和形態（tài）得到控製，合（hé）金元素成分精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材具（jù）有高性能、高品質（zhì）。在鋼水從冶煉到精煉的（de）整個（gè）過程（chéng）中，耐火材（cái）料始（shǐ）終與鋼水（shuǐ）接觸，一般耐（nài）火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有（yǒu）白雲石質即鎂鈣質耐火材料（liào）能淨化鋼水，除（chú）去鋼中的非金屬夾雜物，而（ér）且不汙染環境。