徐平坤

以前，從煉鋼（gāng）工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直（zhí）接接觸的耐火材料對鋼水的淨（jìng）化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產（chǎn）生汙染。可是（shì）通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的（de）理論（lùn）研究和實際試驗，得出（chū）鎂鈣質（zhì）材料（liào）不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼（gāng）水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等（děng）爐外（wài）精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物（wù）原料（liào），煆燒後的（de）理論組（zǔ）成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白（bái）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（huǒ）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含量的變化影響鎂鈣質（zhì）製品的高溫使用性能，MgO含（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）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）和脫硫、脫磷的效果越好（hǎo），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工設備的不同部位使用條件（jiàn），合（hé）理選擇鎂鈣質耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼水作用的影響（xiǎng）

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐（lú）外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調（diào）整化學成分和均勻（yún）化等。鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料中的遊離CaO，易與（yǔ）鋼水中的S、P等（děng）雜（zá）質反應，使其轉移到爐（lú）渣中，具有除去（qù）雜質（zhì）、淨（jìng）化鋼水的功能。由（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊鋼等設備的（de）耐火材料。近年（nián）來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進（jìn）行（háng）了許多試驗研究，取得了很好的（de）結果。

MgO在真空（kōng）條件下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分（fèn）數）就可使MgO相對揮（huī）發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定（dìng）量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在（zài）高溫真空條件（jiàn）下使用（yòng）比純MgO質耐（nài）火材料更合適。

鋼水中的脫（tuō）S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的（de）O含量盡可能要低。要使O含量低（dī），就要選擇氧（yǎng）勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態（tài）存在，在鋼水中的溶（róng）解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於（yú）脫P，但鋼（gāng）包中采用CaO含量高即堿（jiǎn）度高的熔渣有利脫P，因此，用（yòng）CaO含（hán）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定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高（gāo）熔點化合物C2S或C3S,形（xíng）成保護層，從（cóng）而抑製熔渣的滲透。

關（guān）於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來（lái）自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及（jí）有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（qīng）（H）含（hán）量增高問題。

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（de）影響：王（wáng）龍光（guāng）等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具（jù）有很（hěn）低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼（gāng）水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試（shì）驗研究鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材（cái）料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率（lǜ）降（jiàng）低（dī），出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫S效果，使用白雲石質（zhì）鋼包內襯是很必（bì）要的（de），這樣一方麵（miàn）可以（yǐ）盡可能降低鋼包內襯的再氧化能（néng）力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含（hán）量的影響：匡加才研究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（hán）量大（dà）幅度降（jiàng）低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高（gāo）CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火（huǒ）材料（liào）對鋼水碳含量的影響：實驗（yàn）表明，使（shǐ）用含C耐火材料（liào），鋼水顯著增C，當（dāng）同一製品第（dì）二次使（shǐ）用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分（fèn）以及其中的有（yǒu）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（bāo）烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐（nài）火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低（dī），近年來氮化物在耐火（huǒ）材料（liào）中應（yīng）用受到關注，如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造成增（zēng）N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長（zhǎng）水口保護，此（cǐ）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（rén）研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對（duì）管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐（nài）火材料能（néng）去（qù）除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使（shǐ）鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂（měi）鈣耐（nài）火（huǒ）材料中的CaO反應（yīng），如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的（de）複合化（huà）合物，熔點約（yuē）為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與（yǔ）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（fù）鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）表麵，形成保（bǎo）護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來（lái）上浮（fú）至保護（hù）渣層中；在鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材（cái）料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采（cǎi）用靜態坩堝（guō）法研究3種不鏽鋼冶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（dù）的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質（zhì）部分致密程度（dù）高，較（jiào）不燒白雲石磚具有更好的抗高（gāo）堿（jiǎn）度渣侵蝕性。堿（jiǎn）度較低的（de）VOD爐渣對（duì）三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂（měi）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低堿度渣（zhā）侵（qīn）蝕能（néng）力好於CaO含量（liàng）低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材（cái）料具有良好的抵抗高堿度熔（róng）渣（zhā）的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表（biǎo）層致密化（huà）而有效（xiào）抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵（qīn）蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是熔渣對基質的強（qiáng）溶蝕並滲透作用。

潼南鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成（chéng）鎂鈣磚種（zhǒng）類複雜（zá）。除具備鎂鈣磚的（de）特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚（zhuān）具有更好的真空穩定性、抗熱震（zhèn）性。鎂鈣碳磚的性（xìng）能同時取決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量（liàng）越高，抗剝落性能越好，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：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期（qī）渣和終期渣分（fèn）別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進行實驗（yàn）。實驗結果表明：初期（qī）渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因（yīn）為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重（chóng）；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別（bié）比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶（róng）解，所以比MgO—C磚（zhuān）侵蝕（shí）嚴重。

孫惠章等人研究結果表（biǎo）明鎂白雲石碳磚高溫（wēn）抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸（suān）性熔渣能力強；而且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉鋼的電（diàn）爐爐襯（chèn）。

白雲（yún）石質耐火材料（liào）對潔淨鋼的影響

潔（jié）淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少，非金屬夾（jiá）雜物不僅數量（liàng）少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻（yún），使鋼材具有高（gāo）性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個（gè）過程中，耐火材料始終（zhōng）與鋼水接觸，一般耐（nài）火材料對鋼水或多（duō）或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火（huǒ）材料能淨化鋼水，除去（qù）鋼中的非（fēi）金屬夾雜物，而且不汙染環境。