徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼（gāng）的純（chún）淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸（chù）的耐火材料對鋼水（shuǐ）的淨化作用（yòng），總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水（shuǐ）產生汙染。可是（shì）通過對白雲（yún）石質（zhì）（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理論（lùn）研究和實際試驗，得出（chū）鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反（fǎn）而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精（jīng）煉（liàn）鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂（měi）鈣質耐火材料的特征

白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆（duàn）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（bái）雲石（shí）質耐火材料、鎂白雲石質耐火材（cái）料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指（zhǐ）全部用煆燒或電熔（róng）的白雲石做原料的定型或不定形（xíng）耐火材料；鎂白雲石和鎂（měi）鈣質耐火材料是用鎂石（shí）與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化（huà）影響鎂鈣質（zhì）製品的高溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗（kàng）剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越（yuè）差。因此，應該根據爐外精煉等熱工（gōng）設備的不同部位使用條件（jiàn），合理選擇鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水（shuǐ）作用的影響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼等對鋼中的（de）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，需要（yào）爐（lú）外精煉（liàn）除去鋼中雜質及（jí）夾雜物（wù）以及脫氣、調整化學（xué）成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使（shǐ）其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶（yě）煉（liàn）潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼（gāng）等設備的（de）耐火材料。近年來（lái），為了淨化鋼（gāng）水、延長爐襯壽命、降低耐火（huǒ）材料（liào）消耗，研究人員對白雲石（shí）質耐（nài）火材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（xià）容易（yì）揮（huī）發（fā），而CaO對MgO的揮（huī）發性是有（yǒu）影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低（dī）。因此，MgO質材料中加入一定量的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（nài）火材（cái）料更合適。

鋼水中的脫S反（fǎn）應中，要使鋼水S含（hán）量（liàng）低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並（bìng）且鋼水中溶解（jiě）的（de）O含量盡可（kě）能要低（dī）。要（yào）使（shǐ）O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐（nài）火材料，Mg與（yǔ）Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，而CaO的氧勢也（yě）很小，因此，精煉設備（bèi）應該選用鎂鈣質耐火（huǒ）材料。溫（wēn）度（dù）升高不利於脫P，但鋼（gāng）包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有（yǒu）利（lì）脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火（huǒ）材料同樣也有利（lì）脫P。

鎂鈣質（zhì）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（fǎn）應生（shēng）成高熔（róng）點（diǎn）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（qí）H主要（yào）來自熔渣或精煉設（shè）備內襯耐火（huǒ）材料的水分（fèn）及有機添加物。熱力學分析認為：要（yào）在（zài）1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存（cún）在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂（měi）鈣質耐火材料對鋼水（shuǐ）性能的影（yǐng）響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王（wáng）龍光等（děng）人認為MgO—CaO耐火（huǒ）材（cái）料中的CaO熱力學穩定（dìng）性高，具有很低的氧（yǎng）平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水（shuǐ）增氧的（de）有效材料。

耐火材料對（duì）鋼中S的影（yǐng）響：田琳等人試驗（yàn）研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的（de）脫S效果。結果表（biǎo）明：在（zài）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“回（huí）S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣（yàng）一方麵可以盡可能降（jiàng）低鋼包內襯的再（zài）氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下（xià）鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研（yán）究MgO—CaO質澆（jiāo）注料對鋼中P含量的影響。實驗（yàn）結果表明：當澆注料中w（CaO）為（wéi）25%時（shí），鋼中P含（hán）量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一（yī）步（bù）提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降（jiàng）低。

耐火材料對鋼水碳含量的（de）影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增（zēng）C，當同一製品（pǐn）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（de）影響：耐火材料中的水分（fèn）以（yǐ）及其中的有機（jī）粘結劑會對（duì）鋼水中的H含量產生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係（xì）統中使用（yòng）保（bǎo）護套管保護（hù）主流時（shí），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。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：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受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包（bāo）之間，保護套（tào）管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保（bǎo）護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼（gāng）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：在反應30min的情況下（xià），隻有鎂鈣質耐火材料（liào）能去（qù）除鋼水中（zhōng）的夾雜物，其餘的堿性耐（nài）火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可（kě）與鎂鈣耐火材料中的（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，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應（yīng）生成C2S(矽酸二鈣（gài）)和C3S(矽酸三鈣)高（gāo）熔點化合物被吸附鎂鈣（gài）質耐火材料表麵，形成保護層，或者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（liàng）越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果（guǒ）得出（chū），CaO含量高的白雲（yún）石磚抗（kàng）高堿度的AOD渣侵（qīn）蝕和滲透（tòu）能力比較強。燒成白雲石磚（zhuān）基質（zhì）部分致密程度高，較不燒（shāo）白雲石磚具有更好的抗高（gāo）堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比（bǐ）高（gāo）堿度渣嚴重（chóng）得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕（shí）性明顯好（hǎo）於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含（hán）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，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的（de）滲（shèn）透。低堿度熔渣具有較（jiào）強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

鹹寧（níng）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：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂鈣磚種類複雜。除具（jù）備（bèi）鎂鈣（gài）磚的（de）特性外，鎂鈣（gài）碳磚比鎂碳（tàn）磚具有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂（měi）鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越（yuè）好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗（kàng）渣侵蝕和抗剝（bāo）落性能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚的抗侵（qīn）蝕研究：崔淑賢（xián）等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣（gài）碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果（guǒ）表明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕（qīng），是因為在磚的（de）界麵上產（chǎn）生（shēng）了C2S保護層；可（kě）是中期（qī）渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損（sǔn）率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為（wéi）其在高溫中及被渣中∑FeO溶解（jiě），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（gāo）溫抗氧化性和熱震穩定性（xìng）好，抗酸性熔渣（zhā）能力強；而（ér）且磚中的CaO有利於鋼（gāng）水的脫O、脫S、脫P等，適合冶（yě）煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐（nài）火材料對潔淨鋼的影響

潔淨（jìng）鋼（gāng）係指鋼中有（yǒu）害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸（cùn）很小和（hé）形態得到控製，合金元素成分精準並（bìng）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的整（zhěng）個過程中，耐火材料始終（zhōng）與鋼水（shuǐ）接觸，一般耐火材料對鋼水或（huò）多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）能淨化（huà）鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金（jīn）屬夾雜物，而且不汙染環境。