徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼水直接接觸的（de）耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為（wéi）耐（nài）火材料或多或少地會（huì）對鋼水產生汙（wū）染。可是通過對白雲石質（鎂鈣（gài）質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材（cái）料不（bú）但不汙染鋼水，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（shāo）後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質（zhì）耐火材料主（zhǔ）要包括白雲石質耐火材料、鎂白（bái）雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）。

其中，白雲石質耐火材料是指（zhǐ）全部用煆燒或電熔的白雲石做原（yuán）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（yòng）鎂石與（yǔ）白（bái）雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製（zhì）品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水（shuǐ）化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫（wēn）蠕變越大，抗剝落（luò）性能和脫（tuō）硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗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（liào）對淨化鋼水作用的（de）影響

潔淨鋼、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（wù）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（fèn）和均勻化等（děng）。鎂鈣質耐（nài）火材料中的遊離CaO，易與（yǔ）鋼水（shuǐ）中的S、P等（děng）雜質反（fǎn）應，使其轉移到爐渣中，具（jù）有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很（hěn）低，鎂鈣質耐火材料也適合用於（yú）冶（yě）煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消（xiāo）耗，研究人員對白雲石（shí）質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好（hǎo）的結果。

MgO在真空條件下容易揮發（fā），而CaO對（duì）MgO的揮發性是有影（yǐng）響的，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（cǐ），MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空（kōng）條件下使用（yòng）比純MgO質耐火材料（liào）更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高（gāo）堿度渣，並（bìng）且鋼水中溶解的（de）O含（hán）量盡可能要低。要使O含量（liàng）低，就要選擇（zé）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的氧勢也很小，因此，精（jīng）煉設備應該選用鎂鈣（gài）質耐（nài）火材（cái）料。溫度升高不利於脫P，但（dàn）鋼包中（zhōng）采用CaO含量高即堿度高的熔渣（zhā）有利脫（tuō）P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質（zhì）耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的熱震（zhèn）穩定性（xìng）高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透（tòu）。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其（qí）H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分（fèn）及有機添（tiān）加物。熱（rè）力學分（fèn）析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分（fèn）排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中（zhōng）氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中的CaO熱力（lì）學穩定性高，具有很低的氧平（píng）衡（héng）分（fèn）壓，在鋼水中的溶解度很小，被（bèi）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（yǔ）鋼水中（zhōng）S的反應（yīng），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（shí），脫S效果更（gèng）好，脫（tuō）S率（lǜ）達70.12%；超過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，使用白雲（yún）石質鋼包內（nèi）襯是很必（bì）要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內（nèi）襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包（bāo）渣導致（zhì）耐火材料的過度消（xiāo）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（yǐng）響。實驗（yàn）結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅（fú）度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對（duì）鋼水碳含量的影響：實驗（yàn）表明，使用含（hán）C耐火材料，鋼水（shuǐ）顯著增C，當（dāng）同一製品第二次使（shǐ）用時，鋼水僅發生（shēng）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（fèn）以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中（zhōng）使（shǐ）用保護（hù）套管保護主流時，有機粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降（jiàng）低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮（dàn）)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來（lái）氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解（jiě）對鋼水造成增N。更大（dà）的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要（yào），連鑄的增N點就是（shì）長水口（kǒu）保護，此處增（zēng）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（rén）研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣（gài）耐火（huǒ）材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合（hé）物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣)高熔點化合物被吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂鈣質耐（nài）火材料表（biǎo）麵（miàn）上剝落下（xià）來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐（nài）火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂（měi）鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕（shí）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（shì）驗結果得出，CaO含量高的白雲石（shí）磚（zhuān）抗高堿度的AOD渣侵（qīn）蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部（bù）分致密程度高，較不（bú）燒白雲（yún）石磚具有更好的抗高堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度（dù）渣嚴重得多。相對而言，燒成的（de）鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性（xìng）明顯好（hǎo）於（yú）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（de）鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的（de）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（liào）作（zuò）用析出（chū）C3S，使材料表層致密化而有（yǒu）效抑製（zhì）熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力（lì），主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

新疆鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕（shí）的研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的（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的含量。CaO含（hán）量越高，抗剝落性（xìng）能越好，淨化（huà）鋼水的效（xiào）果也越好；C含（hán）量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分（fèn）別對鎂（měi）鈣碳磚及鎂碳（tàn）磚的侵蝕進行（háng）實驗。實驗結果表明：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（jiào）輕（qīng），是因（yīn）為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終（zhōng）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（wēn）中及（jí）被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重。

孫惠章（zhāng）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（xìng）好，抗酸性熔渣能力強；而且磚（zhuān）中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電（diàn）爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼（gāng）中（zhōng）有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數（shù）量少，而且尺寸很小和形態（tài）得到控製（zhì），合金元素成分精準並且分布（bù）均勻，使鋼材具有高性能（néng）、高品質（zhì）。在鋼水（shuǐ）從冶煉到精煉的整個過程中，耐火（huǒ）材料始終與鋼水接觸，一般耐火（huǒ）材料對鋼水（shuǐ）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（shuǐ），除去鋼中的非（fēi）金屬夾雜物，而且不汙染環境。