徐平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼（gāng）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（shì）通過對白雲石質（鎂（měi）鈣質）耐火材（cái）料的理論研究和實際試（shì）驗，得出鎂鈣質（zhì）材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中（zhōng）應（yīng）用日益（yì）增加。

白雲石與鎂鈣質耐（nài）火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒（shāo）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（zhì）耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白（bái）雲石（shí）質耐（nài）火材（cái）料是指全部用煆燒或電熔的白雲（yún）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（liào）是用鎂石（shí）與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品（pǐn）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（lì）越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能（néng）和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性（xìng）能越差（chà）。因（yīn）此，應該根據爐外精煉等熱工設備的（de）不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐火材料中的（de）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（gāng）、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（de）含量要求嚴格，需（xū）要（yào）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（jun1）勻化等。鎂鈣（gài）質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐（lú）渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的（de）氧勢很低（dī），鎂鈣質（zhì）耐火材料也適合用於（yú）冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設（shè）備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽（shòu）命、降低耐火材料（liào）消耗，研究人員對白雲石質（zhì）耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真（zhēn）空條件下容（róng）易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的（de），含有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加（jiā）入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在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S含（hán）量（liàng）低，熔渣必須是CaO含量高的高堿（jiǎn）度渣，並（bìng）且鋼水中（zhōng）溶解的（de）O含量盡可能要低。要（yào）使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低（dī）的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），而CaO的氧勢也很（hěn）小，因此，精煉設備應該選用鎂（měi）鈣質耐火材料。溫（wēn）度升高不利於脫（tuō）P，但鋼包中采用CaO含量（liàng）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材料同樣也有利脫P。

鎂（měi）鈣（gài）質耐火（huǒ）材料的熱震穩定性（xìng）高（gāo）、抗渣（zhā）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（chéng）高熔點化（huà）合物C2S或C3S,形成（chéng）保護層，從而抑製熔渣（zhā）的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精（jīng）煉（liàn）設備內襯耐火材料（liào）的水分及有機添加物。熱力學分析（xī）認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排（pái）除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題（tí）。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能（néng）的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等（děng）人認為MgO—CaO耐（nài）火材料中的CaO熱力學穩定性高（gāo），具有（yǒu）很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧（yǎng）的有效材（cái）料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人（rén）試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反（fǎn）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S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了（le）使鋼包（bāo）獲得有效的脫S效果，使用（yòng）白雲（yún）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包內（nèi）襯的再（zài）氧化能力，另一方（fāng）麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火（huǒ）材料（liào）的過度消耗。

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%，進一步提（tí）高CaO含量，鋼中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，當同一製品第二次使用時，鋼（gāng）水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫（qīng）)含量的影響：耐火材料中（zhōng）的水分以及其中（zhōng）的（de）有機粘結劑會對鋼水中的H含量（liàng）產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統（tǒng）中使用保護套管（guǎn）保護主流時，有機（jī）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。

耐火材料對鋼中N(氮)含（hán）量的（de）影響：傳統耐火材料N含量（liàng）很低，近年來氮化物（wù）在耐火材料（liào）中應用受到（dào）關注，如Sialon分解對鋼水造成增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點就是長水口（kǒu）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響：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，實驗表明：在反（fǎn）應30min的情況下，隻有鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料能去除鋼水中的夾雜（zá）物，其（qí）餘的堿（jiǎn）性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂（měi）鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約（yuē）為1400℃左右，可有（yǒu）效地去除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高（gāo）熔點化合物被吸附鎂（měi）鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵上剝落下來上浮至保護（hù）渣層中；在鎂鈣質耐火材料（liào）中的活性CaO含量（liàng）越高，吸附鋼水中夾雜物的（de）能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料（liào）的抗（kàng）侵蝕性能：梁義兵（bīng）等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉（liàn）用（yòng）鎂（měi）鈣（gài）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渣侵蝕和滲透能力比較強。燒（shāo）成白雲石磚基質部分致（zhì）密程度（dù）高，較不燒白雲石磚具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（shí）和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕（shí）性明顯（xiǎn）好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於（yú）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（shí）和滲透能力，這（zhè）是因為渣與鎂鈣材料作用（yòng）析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣（zhā）的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕（shí）和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

文（wén）昌鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成鎂鈣磚種（zhǒng）類複雜。除具備鎂鈣（gài）磚的特性外，鎂（měi）鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的（de）真空穩（wěn）定（dìng）性、抗熱震（zhèn）性。鎂鈣碳磚的性能同時取（qǔ）決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落（luò）性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落（luò）性能越（yuè）強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研（yán）究：崔淑賢（xián）等人采用（yòng）煉（liàn）鋼轉（zhuǎn）爐的初期渣、中期渣和終期（qī）渣分（fèn）別對鎂鈣（gài）碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。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MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較（jiào）輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保（bǎo）護層；可是中期渣（zhā）和（hé）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%，因為其在高（gāo）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（guǒ）表明鎂白雲石碳磚（zhuān）高溫抗（kàng）氧（yǎng）化（huà）性和熱震穩定（dìng）性好，抗酸（suān）性熔渣能（néng）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。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的（de）影響（xiǎng）

潔（jié）淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金（jīn）屬夾雜物（wù）不僅數量少，而且尺寸（cùn）很（hěn）小和形態得到控製，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（yě）煉到精煉（liàn）的整（zhěng）個過程中（zhōng），耐火材料始終與（yǔ）鋼水接觸，一般耐火材料對（duì）鋼水（shuǐ）或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂（měi）鈣質耐火材料能淨化（huà）鋼水，除去鋼中的非金屬夾（jiá）雜物，而且不汙染環境（jìng）。