徐平坤

以前，從煉鋼（gāng）工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸（chù）的耐火材料對鋼水的（de）淨化作用，總是認為（wéi）耐火材料或（huò）多或少地會對鋼水產生汙染。可（kě）是通過對白雲石（shí）質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究（jiū）和實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染（rǎn）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（bāo）等爐外精煉（liàn）裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂（měi）鈣質耐火材料的（de）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（wéi）1.93。鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣（gài）質耐火材料。

其中，白雲（yún）石質耐火材料是指全部用煆燒（shāo）或電熔的白雲石做原料的（de）定（dìng）型或不定（dìng）形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火（huǒ）材料是用鎂石與（yǔ）白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化（huà）影（yǐng）響鎂鈣質製品（pǐn）的高溫（wēn）使（shǐ）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熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的（de）效果越好，但（dàn）抗水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越差（chà）。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼等對鋼中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等（děng）夾雜（zá）物的含量要求嚴格，需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（gài）質耐火材料（liào）中的（de）遊離CaO，易與（yǔ）鋼水中的S、P等雜質反應（yīng），使其轉移（yí）到（dào）爐渣中，具（jù）有除去雜質、淨化鋼水的（de）功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也（yě）適合用於冶（yě）煉低氧鋼，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。近（jìn）年來，為了淨化鋼水、延長爐（lú）襯（chèn）壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結（jié）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MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的（de）CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高（gāo）溫真空條件下使用（yòng）比純MgO質耐火材料更合（hé）適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高（gāo）的高堿（jiǎn）度渣，並且鋼（gāng）水中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精（jīng）煉設備應該選用（yòng）鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料。溫度（dù）升高不（bú）利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣（zhā）有利脫P，因此（cǐ），用CaO含量高的鎂（měi）鈣質耐火材料同樣（yàng）也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗（kàng）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H含量的問（wèn）題，采用真（zhēn）空（kōng）精煉，其H主要來自（zì）熔（róng）渣或精煉設備內襯耐火材料的（de）水分及有機添加物。熱力（lì）學分析認為：要（yào）在1200℃下（xià）長期烘烤（kǎo），充分排除其中（zhōng）的水分，就（jiù）不（bú）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（de）影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱（rè）力（lì）學穩定性高，具有很低的氧平（píng）衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為（wéi）是防止鋼水增氧的有（yǒu）效材（cái）料。

耐火材料（liào）對鋼（gāng）中S的影響：田琳等人試驗研究鎂（měi）鈣磚與鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗（yàn）鎂鈣質耐火材料的脫S效果（guǒ）。結果表明（míng）：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。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（shì）很（hěn）必要的，這（zhè）樣一方麵可以盡可能降（jiàng）低鋼包內襯的再氧化能力，另一方（fāng）麵可以（yǐ）避免強還原條（tiáo）件下鋼包渣導致耐火材料（liào）的過（guò）度消（xiāo）耗。

耐火（huǒ）材料對鋼中P含量（liàng）的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼中P含（hán）量的影響。實驗結果表明：當澆注料（liào）中w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有（yǒu）小幅度降低。

耐火材（cái）料對鋼水碳含量的（de）影響：實驗表明，使用含C耐火（huǒ）材（cái）料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發（fā）生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機（jī）粘結劑會對鋼水中的H含量產生（shēng）顯著影響。連（lián）鑄過程中，鋼包和（hé）中（zhōng）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（kǎo），能（néng）有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量（liàng）的（de）影響：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（yòng）受（shòu）到關注，如（rú）Sialon分解對鋼水造成增N。更大（dà）的增N量在鋼包與中間包（bāo）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。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳（lín）等人研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼（gāng）水潔淨化的影響，實驗表明：在（zài）反（fǎn）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，其餘的堿性耐火（huǒ）材料均使鋼水夾雜（zá）物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應（yīng）生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約（yuē）為（wéi）1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應（yīng）生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵，形成保護層，或者（zhě）從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質（zhì）耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附（fù）鋼水中夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研（yán）究3種不（bú）鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性。試驗結果得出，CaO含量高的（de）白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲（shèn）透（tòu）能力比較強。燒成白雲（yún）石磚基質部分（fèn）致密程度高，較不燒白（bái）雲（yún）石磚具有更好的抗高堿度（dù）渣侵蝕性。堿度較（jiào）低的VOD爐渣對三種磚（zhuān）的侵蝕和滲透比高（gāo）堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕性明（míng）顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的燒成（chéng）鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕能力好於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，這是因（yīn）為渣與鎂鈣材料（liào）作用析（xī）出C3S，使材料表（biǎo）層致密化而有效抑製熔渣（zhā）的滲透。低堿度（dù）熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要（yào）是熔渣對（duì）基質的強溶蝕（shí）並滲透作用。

武威鎂（měi）磚（zhuān）之（zhī）鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕（shí）的研（yán）究

鎂鈣碳磚主要性（xìng）能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚種類複雜。除（chú）具備鎂鈣磚的特性（xìng）外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的（de）性能同時取決（jué）於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越（yuè）好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性（xìng）能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗侵蝕（shí）研究（jiū）：崔淑賢等人采用煉（liàn）鋼轉爐的初期渣（zhā）、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（guǒ）表明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構（gòu）剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的（de）界麵（miàn）上產生了（le）C2S保護層；可是（shì）中期渣和（hé）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（jí）被渣中∑FeO溶解，所以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂（měi）白雲石碳磚（zhuān）高溫（wēn）抗氧化（huà）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（gāng）的電爐（lú）爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影（yǐng）響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金屬夾雜物不僅數量（liàng）少（shǎo），而且尺寸很小和形態得到控製（zhì），合（hé）金元（yuán）素成分精準並且分布（bù）均勻，使（shǐ）鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程（chéng）中，耐火材（cái）料（liào）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（zá）物，而且不汙（wū）染環境。