徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角（jiǎo）度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對（duì）鋼水的淨（jìng）化作用，總是認為耐火材料或（huò）多或少地會對鋼水產生汙染。可（kě）是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不（bú）但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且（qiě）也不汙染環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等爐外精煉裝置（zhì）中應用日益增加。

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（liào），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耐火材料、鎂白（bái）雲石（shí）質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白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耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣（gài）質製品的高（gāo）溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗（kàng）水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔（róng）渣的（de）能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等（děng）熱工設備的不同部位使（shǐ）用條件，合理選擇（zé）鎂鈣質耐（nài）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（de）影響

潔（jié）淨（jìng）鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外（wài）精煉除去鋼中雜質及夾雜物以（yǐ）及（jí）脫（tuō）氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離（lí）CaO，易（yì）與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜質反應（yīng），使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化（huà）鋼水的功能。由於CaO的氧勢（shì）很低，鎂（měi）鈣質耐火材料也適合（hé）用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶（yě）煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長（zhǎng）爐襯壽命、降低耐火材料消（xiāo）耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行（háng）了許多（duō）試驗研究，取得了很好的結果（guǒ）。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的（de），含（hán）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（zhōng）加入（rù）一定量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高溫真空條件下使用（yòng）比純MgO質（zhì）耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中（zhōng），要使鋼水S含（hán）量低，熔渣必須是（shì）CaO含量高（gāo）的（de）高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡（jìn）可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐（nài）火材料，Mg與Ca在高溫下以氣（qì）態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不（bú）利於脫P，但鋼（gāng）包中（zhōng）采用（yòng）CaO含量高即堿度高（gāo）的熔渣有利（lì）脫（tuō）P，因此（cǐ），用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料（liào）同樣也（yě）有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣（zhā）滲透（tòu）性好（hǎo），特別是熔渣中SiO2滲（shèn）入會與（yǔ）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（hù）層，從（cóng）而（ér）抑製熔渣的滲（shèn）透。

關於H含（hán）量的問題，采用真空精煉，其H主要來自（zì）熔渣或精煉設備內襯耐火材料的（de）水分及有機添加物。熱力學分析認為：要（yào）在1200℃下（xià）長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水（shuǐ）中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐（nài）火材料對鋼中氧含量的影響：王（wáng）龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很（hěn）低的氧平衡分壓，在鋼水中（zhōng）的溶解度很（hěn）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：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表（biǎo）明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果（guǒ）更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出（chū）現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫（tuō）S效果，使用白雲石質鋼包內襯是（shì）很必要的，這樣一方麵可以盡（jìn）可能降（jiàng）低鋼包內襯的再氧化能（néng）力，另一方麵可以避免強還原（yuán）條件下（xià）鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料（liào）對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料（liào）對鋼（gāng）中P含量的影響。實驗結果（guǒ）表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度（dù）降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一（yī）步（bù）提高CaO含量（liàng），鋼中P含量僅有小幅（fú）度降低。

耐火材料對鋼（gāng）水碳含量（liàng）的影（yǐng）響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水（shuǐ）顯著增（zēng）C，當同一製品第二（èr）次使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含（hán）量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的（de）H含（hán）量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間（jiān）包係統（tǒng）中（zhōng）使（shǐ）用保護套（tào）管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間（jiān）包烘烤，能（néng）有效地降低鋼水的（de）吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳統（tǒng）耐火材料N含量很（hěn）低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的（de）增N量在鋼包與中間包（bāo）之間，保護（hù）套管非常重（chóng）要（yào），連鑄的增N點就（jiù）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（tián）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（zài）反應30min的（de）情（qíng）況（kuàng）下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾（jiá）雜物，其餘的堿性耐火材料（liào）均使鋼水夾雜物數量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生（shēng）成Ca12Al4O3的（de）複合化（huà）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反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料表（biǎo）麵，形成（chéng）保護層（céng），或者從鎂鈣質耐火材（cái）料表麵上（shàng）剝（bāo）落下（xià）來上浮至保護渣（zhā）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，CaO含量（liàng）高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成（chéng）白（bái）雲石（shí）磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好（hǎo）的抗高堿度渣侵蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和（hé）滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而（ér）言（yán），燒（shāo）成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於（yú）不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕能力好於CaO含量（liàng）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（tòu）能（néng）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滲透（tòu）。低（dī）堿度熔渣具有較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。

西雙版納鎂磚之鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複（fù）雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚（zhuān）具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂（měi）鈣碳磚的性能同時取決（jué）於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗（kàng）剝（bāo）落（luò）性能越好，淨化鋼水的（de）效果也越好（hǎo）；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落（luò）性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉（zhuǎn）爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明（míng）：初（chū）期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴（yán）重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保（bǎo）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（wēn）中及被渣中∑FeO溶解，所（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重（chóng）。

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，抗酸性熔渣（zhā）能力強；而且（qiě）磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等（děng），適合冶煉（liàn）鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火（huǒ）材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量（liàng）非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺（chǐ）寸很小和形態得到（dào）控製，合金（jīn）元素成分精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精（jīng）煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材（cái）料對鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除（chú）去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。