徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度（dù）研究提高鋼的純淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼水直（zhí）接接觸的（de）耐火材料（liào）對（duì）鋼水的淨化作用，總是認為耐火材（cái）料或多或少地會對鋼水產（chǎn）生（shēng）汙染。可是通（tōng）過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料（liào）的（de）理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材（cái）料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精（jīng）煉裝置中（zhōng）應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦（kuàng）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（nài）火材料主要（yào）包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料（liào）、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部（bù）用（yòng）煆燒（shāo）或電熔的白雲石做原料的定型或不定（dìng）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（hé）成的耐火（huǒ）材料。MgO、CaO含量的變化（huà）影響鎂鈣質製品的高溫使（shǐ）用性能，MgO含（hán）量（liàng）越（yuè）高，抗（kàng）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（yuè）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侵蝕的性能越差。因此，應（yīng）該根（gēn）據爐外精煉等熱工設備的不同部（bù）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（huǒ）材（cái）料對淨化鋼水作用的（de）影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊鋼（gāng）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（yào）求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調（diào）整化學成分和均勻化等。鎂（měi）鈣質耐火材料中的遊（yóu）離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等（děng）雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去（qù）雜質、淨化鋼水的功（gōng）能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼（gāng）等設備的耐火材料（liào）。近年來，為了淨（jìng）化鋼水、延（yán）長爐襯（chèn）壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白（bái）雲石（shí）質耐（nài）火材料進行了許多試驗研究，取（qǔ）得（dé）了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮（huī）發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩（mó）爾分（fèn）數（shù））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（dìng）量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真（zhēn）空條件下使用比（bǐ）純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含（hán）量低（dī），就要選擇氧勢盡可（kě）能（néng）低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣（qì）態存在，在鋼水中的溶解度很小，而（ér）CaO的氧勢也（yě）很小，因此，精煉設（shè）備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高（gāo）不利於脫P，但鋼包中采用（yòng）CaO含量高即堿度高（gāo）的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣質耐火材料同（tóng）樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性（xìng）好，特（tè）別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中（zhōng）的CaO反應生成高熔點（diǎn）化合物C2S或C3S,形成保（bǎo）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H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學（xué）分析認為：要在1200℃下長期烘烤，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（měi）鈣質耐火材料（liào）對鋼水性（xìng）能的影（yǐng）響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認（rèn）為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱（rè）力學穩定性高，具有很低的（de）氧平衡分（fèn）壓，在鋼水中的溶（róng）解度（dù）很小，被認為是防止鋼水增氧的有效（xiào）材（cái）料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣（gài）磚（zhuān）與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料（liào）的脫S效果。結（jié）果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫（tuō）S率達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，使用白雲石（shí）質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可（kě）以盡（jìn）可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵（miàn）可以避免強（qiáng）還原條件下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：匡加才研究MgO—CaO質澆注料（liào）對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含（hán）量大幅度降低，由原始的0.1%降（jiàng）低到0.01%，進一（yī）步提高CaO含（hán）量（liàng），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（zēng）C，當同一製品（pǐn）第二次使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增C。

耐火材料對鋼（gāng）中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其（qí）中的有機粘（zhān）結（jié）劑會對鋼水中的（de）H含量產生顯著影響。連鑄過（guò）程中，鋼包和中（zhōng）間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑（jì）導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能（néng）有效地降低鋼水的吸（xī）H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量（liàng）的影響：傳統耐火材（cái）料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關（guān）注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在（zài）鋼包與（yǔ）中（zhōng）間包之間，保護（hù）套管非常重要，連鑄的增N點就（jiù）是長（zhǎng）水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐（nài）火（huǒ）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（huǒ）材料對管線鋼鋼水潔（jié）淨（jìng）化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料能去除鋼水（shuǐ）中的夾（jiá）雜物，其餘的（de）堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與（yǔ）Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反應生成（chéng）C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點（diǎn）化合物被吸附（fù）鎂（měi）鈣質耐火材料表麵，形成（chéng）保（bǎo）護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來（lái）上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料（liào）中的活性CaO含量越高，吸（xī）附鋼水中夾雜物的（de）能力越（yuè）強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法（fǎ）研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結（jié）果得出，CaO含量高的白雲石磚（zhuān）抗高堿度的（de）AOD渣（zhā）侵蝕和（hé）滲透能力比較強。燒成白雲石（shí）磚基質部分致密程度高（gāo），較不燒白雲石（shí）磚具有更好的（de）抗高堿度渣侵蝕性（xìng）。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕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（jiǎn）度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料（liào）具（jù）有良好的抵抗高堿度（dù）熔渣的侵蝕和滲透（tòu）能力，這是因為（wéi）渣與鎂鈣材（cái）料作用析出C3S，使材料表層致密化而有（yǒu）效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣（zhā）對基質的強溶蝕並（bìng）滲透作用。

徐匯鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣磚種類複（fù）雜。除具備鎂鈣磚（zhuān）的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有（yǒu）更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂（měi）鈣碳磚的性能同時（shí）取決於CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越（yuè）高，抗剝落性能越好，淨化（huà）鋼水的效果也越好；C含量（liàng）越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研（yán）究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣（zhā）和終期渣分別對（duì）鎂鈣碳磚及鎂碳（tàn）磚的侵蝕進行實驗。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（zhuān）的侵蝕（shí）較輕（qīng），是（shì）因為在磚的界（jiè）麵上（shàng）產生了C2S保（bǎo）護層；可是中（zhōng）期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率（lǜ）反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被（bèi）渣中∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫（sūn）惠章（zhāng）等人研（yán）究（jiū）結（jié）果表明（míng）鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性（xìng）熔渣能（néng）力強；而且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼（gāng）水的脫O、脫（tuō）S、脫P等（děng），適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材（cái）料（liào）對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物（wù）不僅數量少，而且（qiě）尺寸很小和（hé）形態得到控製，合金元素成分精準（zhǔn）並且分布均勻，使鋼材具有高性能（néng）、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中（zhōng），耐火材料（liào）始終與鋼水接觸，一（yī）般耐火材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，除去（qù）鋼中的非（fēi）金屬夾雜物，而且不汙染環境（jìng）。