徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼工藝的角度研究提（tí）高鋼的純淨度（dù），沒有考慮與（yǔ）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（huò）少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐火材料的理論（lùn）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（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精（jīng）煉裝（zhuāng）置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火（huǒ）材料主要包（bāo）括白雲石（shí）質耐火材料、鎂（měi）白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石（shí）質耐火材料是指全（quán）部用煆燒或電（diàn）熔（róng）的白雲石做原料的定型或不定形耐火（huǒ）材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火（huǒ）材料是用（yòng）鎂石與白雲石合成的耐火（huǒ）材料。MgO、CaO含（hán）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（hé）抗（kàng）水化能力越強；CaO含量越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越（yuè）大，抗剝落性能和脫硫、脫（tuō）磷的效果（guǒ）越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱（rè）工設備的不同部位使用條（tiáo）件（jiàn），合理選擇（zé）鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨（jìng）化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等（děng）對鋼中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量（liàng）要求嚴格，需要爐外精煉除（chú）去鋼中雜質及夾雜物以及脫（tuō）氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜（zá）質反應（yīng），使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低（dī），鎂鈣（gài）質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設（shè）備的（de）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（liào）消耗，研究人員對白雲石（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相對揮發性大大降低。因此（cǐ），MgO質材料中加入一定量的（de）CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質（zhì）耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須（xū）是CaO含量高的高堿（jiǎn）度渣，並且鋼水中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要使（shǐ）O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在（zài）高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，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（tuō）P。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的熱震穩定（dìng）性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣（zhā）中（zhōng）SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材料中（zhōng）的CaO反應生成高（gāo）熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從（cóng）而抑製熔渣的滲透。

關於（yú）H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔（róng）渣或精（jīng）煉設備內襯耐火材料的水（shuǐ）分及（jí）有機添加（jiā）物。熱力（lì）學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其（qí）中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材（cái）料對鋼中氧含（hán）量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中（zhōng）的CaO熱力（lì）學（xué）穩定性（xìng）高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼（gāng）水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼（gāng）中S的（de）影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水（shuǐ）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效果更好，脫（tuō）S率達70.12%；超過45min，脫S率（lǜ）降低，出現“回S”現象。為了使鋼包（bāo）獲得有效（xiào）的脫S效（xiào）果，使用（yòng）白雲石質鋼包內襯是很（hěn）必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼（gāng）包內（nèi）襯的（de）再氧化能力，另（lìng）一方麵可以避免強還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（zhōng）P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中P含量的（de）影響。實驗結果表明（míng）：當澆（jiāo）注料（liào）中w（CaO）為25%時，鋼中P含量（liàng）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（zhōng）P含量僅有小幅度降低。

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，鋼水顯著增C，當同一製品第二（èr）次（cì）使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐（nài）火（huǒ）材料對鋼中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的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間（jiān）包係統中使用（yòng）保護套管（guǎn）保護主流時，有機粘結劑導致吸（xī）H。對鋼包、中間包（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（yǐng）響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火（huǒ）材料（liào）中應用受到關（guān）注，如Sialon分解對鋼水造成增（zēng）N。更大的增N量在鋼包與（yǔ）中間包之間（jiān），保護套管非常重要，連鑄的（de）增N點就是長水口保護（hù），此處（chù）增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中（zhōng）夾雜物的（de）影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火材料對管線鋼鋼水潔（jié）淨化的影響，實驗表明：在反應30min的（de）情況下，隻有鎂鈣質（zhì）耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火（huǒ）材料（liào）中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物（wù），熔點約為1400℃左右，可有效地（dì）去除鋼中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應（yīng）生成C2S(矽（guī）酸二鈣（gài）)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵（miàn）上剝（bāo）落下來上浮至保護渣（zhā）層（céng）中；在鎂鈣（gài）質耐火材料中的活（huó）性CaO含量越高，吸附（fù）鋼水中夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐（nài）火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態（tài）坩堝法研究3種不鏽鋼冶（yě）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（lì）比較強。燒（shāo）成（chéng）白雲石磚基質部分（fèn）致密程度高，較不燒（shāo）白雲（yún）石磚具（jù）有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒（shāo）成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕能（néng）力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料（liào）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，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕和滲透能力（lì），主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

山西鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的（de）性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種（zhǒng）類複雜。除具（jù）備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳（tàn）磚比鎂碳磚具有（yǒu）更好的真空穩定（dìng）性、抗熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性（xìng）能越好，淨化鋼水的效果也越（yuè）好；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗剝落（luò）性（xìng）能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的（de）初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣（zhā）MgO—C磚蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產生結（jié）構（gòu）剝落，蝕（shí）損最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕較輕，是因為在磚的（de）界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和（hé）終期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕（shí）損率反而（ér）分別比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（bǐ）MgO—C磚侵（qīn）蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化（huà）性（xìng）和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且（qiě）磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉鋼的電爐（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（jīn）元素成分（fèn）精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼（gāng）水從冶煉（liàn）到精煉的整個過程中，耐（nài）火材料始終與鋼（gāng）水接觸，一般耐火（huǒ）材料對鋼水或多或少總有些汙染（rǎn），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（fēi）金屬夾雜物，而且不汙染環境。