徐平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝的角度研究提（tí）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的淨化作（zuò）用，總是認為（wéi）耐火材料或多或少地會對鋼水產（chǎn）生汙（wū）染。可是通過對白雲石（shí）質（zhì）（鎂鈣（gài）質）耐火材料的理（lǐ）論研究和實（shí）際試驗，得出鎂鈣質（zhì）材（cái）料不但不汙染鋼水，反而（ér）能淨化鋼水，並且也不汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼（gāng）包等爐外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。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質（zhì）耐火材料、鎂鈣質耐（nài）火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指（zhǐ）全部用煆燒或電（diàn）熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的（de）耐火材料。MgO、CaO含量的變化（huà）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（zhā）和抗水化能力越強；CaO含（hán）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（hé）脫硫、脫磷的效果越好，但抗（kàng）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，合（hé）理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對（duì）鋼中（zhōng）的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜（zá）物（wù）的含量要求嚴格，需要爐外精煉除（chú）去鋼中雜質及夾雜物以及（jí）脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質（zhì）耐火材料中（zhōng）的遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的（de）功（gōng）能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣（gài）質耐火材料也適合用於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊鋼等設備的耐火材料（liào）。近年來，為了淨化鋼水、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（cái）料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發（fā），而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數）就可使MgO相（xiàng）對揮發性大大降低。因此，MgO質（zhì）材料中加入一定（dìng）量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在（zài）高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水（shuǐ）S含量低（dī），熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可（kě）能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫（wēn）下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉（liàn）設備應該（gāi）選（xuǎn）用鎂鈣（gài）質耐火材料。溫度（dù）升（shēng）高不利於脫（tuō）P，但鋼包中采用CaO含（hán）量高即堿度高的熔渣（zhā）有利脫P，因此，用（yòng）CaO含量高的（de）鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐（nài）火材料的熱震穩定（dìng）性（xìng）高、抗渣滲透性好，特別是（shì）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,形成保（bǎo）護層（céng），從而抑製熔渣的滲透（tòu）。

關（guān）於H含量的問（wèn）題，采用真空（kōng）精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機（jī）添（tiān）加物。熱力（lì）學分析認為：要在1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充分排除（chú）其中的水分，就（jiù）不存在鋼水中氫（qīng）（H）含量增（zēng）高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的（de）影響

耐火材料對鋼中（zhōng）氧含量的（de）影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩（wěn）定（dìng）性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的（de）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（jiū）鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗（yàn）鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料的（de）脫（tuō）S效果。結果表明：在1600℃下，反（fǎn）應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出（chū）現“回S”現（xiàn）象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使（shǐ）用白雲石質鋼包內襯是很（hěn）必要（yào）的（de），這樣一方麵（miàn）可（kě）以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可（kě）以避（bì）免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的（de）過度消耗（hào）。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質澆注料（liào）對鋼中（zhōng）P含（hán）量的影響。實驗結果（guǒ）表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅（fú）度降低，由原（yuán）始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量（liàng），鋼中P含量僅有小幅（fú）度降低。

耐火（huǒ）材料對鋼水碳含量的（de）影響：實驗表（biǎo）明，使用含（hán）C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品（pǐn）第二次使用時，鋼水（shuǐ）僅發生輕微增C。

耐火（huǒ）材料（liào）對鋼中H(氫)含量的影響（xiǎng）：耐（nài）火（huǒ）材料中的水分以（yǐ）及其中的有機粘結劑會對鋼（gāng）水中的H含量產（chǎn）生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用（yòng）保（bǎo）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，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐（nài）火材料對（duì）鋼（gāng）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材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼（gāng）水造（zào）成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之（zhī）間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影（yǐng）響：田（tián）琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線（xiàn）鋼（gāng）鋼水潔淨化的（de）影響（xiǎng），實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐（nài）火材料能去除鋼水（shuǐ）中的夾雜物（wù），其餘的堿性耐火材（cái）料（liào）均使鋼水夾雜物數量（liàng）增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點（diǎn）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（èr）鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點（diǎn）化合物被吸附鎂鈣質耐（nài）火材料表麵，形成保護（hù）層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落（luò）下來上浮至（zhì）保（bǎo）護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中（zhōng）夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義（yì）兵等人采用靜態（tài）坩堝法研（yán）究3種不鏽鋼冶煉（liàn）用鎂鈣磚的（de）抗（kàng）渣性。試驗結果得出，CaO含量高（gāo）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（zhì）部分致密程度高，較不燒白（bái）雲（yún）石磚具有（yǒu）更好的抗高（gāo）堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種（zhǒng）磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重（chóng）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（gài）磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕能力（lì）好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是（shì）因為渣與鎂鈣材料作用析（xī）出（chū）C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔（róng）渣（zhā）具有較強的侵蝕和（hé）滲透能力，主要是熔（róng）渣對基質的強（qiáng）溶蝕並滲透作用。

吐（tǔ）魯番鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚種類複雜。除具備鎂鈣（gài）磚的（de）特性外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳磚具（jù）有更好的（de）真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉（zhuǎn）爐的初（chū）期渣、中期（qī）渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚的侵蝕進行實驗（yàn）。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕，是因為在磚的（de）界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其（qí）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鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸（suān）性熔渣能力強（qiáng）；而且磚中的（de）CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等（děng），適（shì）合（hé）冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影（yǐng）響

潔淨鋼係指鋼中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬夾雜物（wù）不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合（hé）金元素成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（dào）精煉的整（zhěng）個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對（duì）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物，而且不汙染環境。