徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼（gāng）的純（chún）淨度（dù），沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水（shuǐ）的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會（huì）對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論（lùn）研究和實際試驗，得出鎂鈣（gài）質材料不但不汙染鋼水，反而能淨（jìng）化鋼水，並且也不汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐（lú）外精煉裝置（zhì）中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是（shì）天然礦物原料，煆燒後的理論（lùn）組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要（yào）包括白雲（yún）石質耐火（huǒ）材（cái）料、鎂（měi）白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐（nài）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（bái）雲石做原料（liào）的定型或不定形耐火材料；鎂白（bái）雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白（bái）雲石合成的（de）耐（nài）火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能（néng），MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化（huà）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，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果（guǒ）越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應（yīng）該根據（jù）爐外精煉等熱（rè）工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料（liào）對淨化鋼水作（zuò）用的影響（xiǎng）

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等夾雜物的含量要求嚴格，需（xū）要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、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（yǔ）鋼水中的S、P等雜（zá）質反應，使其轉移到爐渣中，具有（yǒu）除去（qù）雜質、淨化鋼（gāng）水的功能（néng）。由於CaO的氧（yǎng）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（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化（huà）鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火（huǒ）材料消耗，研究人員對白雲石質（zhì）耐火（huǒ）材料進行了許多試驗研究，取得了很（hěn）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（hán）有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發（fā）性大大降（jiàng）低。因（yīn）此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在高溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐火（huǒ）材料更（gèng）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（gāo）的（de）高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含（hán）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（yǔ）Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的（de）溶解（jiě）度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該（gāi）選用鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料。溫度升高不利於脫P，但鋼（gāng）包中采用CaO含量高（gāo）即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火（huǒ）材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料（liào）的熱震穩定性高（gāo）、抗渣滲（shèn）透性好，特（tè）別是熔渣中SiO2滲入會與（yǔ）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，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含（hán）量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔（róng）渣或精煉（liàn）設備內襯（chèn）耐（nài）火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期（qī）烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐（nài）火材料對鋼（gāng）水性能的影響

耐火材料對鋼中氧（yǎng）含量的影響：王龍光等人認（rèn）為（wéi）MgO—CaO耐火材料中（zhōng）的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在（zài）鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：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（zài）1600℃下，反應45min時（shí），脫S效（xiào）果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質（zhì）鋼（gāng）包內襯（chèn）是很必要的，這樣一方（fāng）麵可以盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免（miǎn）強還原條件下鋼包渣導致耐火（huǒ）材料的（de）過度消耗。

耐火材料（liào）對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼中P含量的影響。實（shí）驗（yàn）結果表明：當（dāng）澆注料中w（CaO）為25%時，鋼（gāng）中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提（tí）高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅有小幅度降低。

耐火（huǒ）材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用（yòng）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（liào）對鋼中H(氫)含量的影響：耐（nài）火（huǒ）材（cái）料中的水（shuǐ）分（fèn）以及其中的有機粘結劑會（huì）對鋼（gāng）水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機（jī）粘結劑導致（zhì）吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低（dī）鋼水的吸（xī）H量。

耐（nài）火（huǒ）材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐（nài）火材料N含量（liàng）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（gèng）大的增N量（liàng）在鋼包與中間包之間，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（15~30）×10-6。

耐（nài）火材料對鋼水（shuǐ）中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影（yǐng）響，實（shí）驗表明：在反應30min的情況下，隻（zhī）有鎂鈣質（zhì）耐火材料能去除鋼水（shuǐ）中的夾雜物，其（qí）餘的堿性耐火材（cái）料（liào）均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐（nài）火材料中的（de）CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效地去除鋼（gāng）中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔（róng）點化合物（wù）被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料表（biǎo）麵上剝落下（xià）來上浮至保護渣（zhā）層中；在鎂鈣質耐火材料中的（de）活性CaO含量越高，吸附鋼水中（zhōng）夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）的抗侵蝕性能（néng）：梁義兵等人采用靜態（tài）坩堝（guō）法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂（měi）鈣磚的抗渣性。試（shì）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高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿（jiǎn）度渣（zhā）侵蝕性。堿度較低的VOD爐（lú）渣對三種磚（zhuān）的侵蝕和滲（shèn）透（tòu）比高堿度渣嚴重得多。相對而言（yán），燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒（shāo）成（chéng）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量（liàng）低的鎂鈣磚。鎂（měi）鈣質材料具有良好的抵抗高堿度（dù）熔渣的侵蝕和滲透能力（lì），這（zhè）是因為渣與鎂鈣（gài）材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔（róng）渣的滲透（tòu）。低堿度熔（róng）渣具有（yǒu）較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對（duì）基質的強（qiáng）溶蝕並（bìng）滲透作用。

鐵嶺鎂磚之鎂鈣（gài）碳磚的性能及抗侵蝕的研（yán）究

鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣（gài）碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂（měi）鈣碳（tàn）磚的（de）性能（néng）同（tóng）時取決於（yú）CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗（kàng）剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗（kàng）剝落（luò）性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等（děng）人采用煉鋼（gāng）轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分（fèn）別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進（jìn）行實驗。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磚產生結構剝落，蝕損（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕較（jiào）輕，是因為在磚的界（jiè）麵上產生了C2S保護層；可是中（zhōng）期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別（bié）比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和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。

孫惠章等人研究結果表明（míng）鎂白雲（yún）石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的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（liàng）非（fēi）常少，非金屬（shǔ）夾雜物（wù）不僅數量少，而且尺寸很小和形態（tài）得到控製，合金元素成（chéng）分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉（liàn）的整個過程中，耐火（huǒ）材料始終與（yǔ）鋼（gāng）水接觸，一般耐火材料（liào）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（zá）物，而且不汙染環境。