徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒（méi）有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水（shuǐ）的淨化（huà）作用，總是認為耐火（huǒ）材料或多或少地（dì）會（huì）對鋼水產生汙（wū）染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出（chū）鎂鈣（gài）質材料不（bú）但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水（shuǐ），並（bìng）且也不汙（wū）染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）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（liào）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1.93。鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）主要包括白雲石質耐（nài）火（huǒ）材料、鎂白雲石質耐火材（cái）料、鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）。

其中，白雲石質耐火材料是（shì）指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定（dìng）型或不定形耐火材料；鎂白雲（yún）石和鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）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質製品的高（gāo）溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越（yuè）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（tuō）硫、脫磷的效果（guǒ）越（yuè）好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差（chà）。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不（bú）同部位使用條（tiáo）件，合理選（xuǎn）擇鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐火材料對淨化鋼（gāng）水作用（yòng）的影響

潔（jié）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（zá）物的含量要求嚴格，需要爐（lú）外精煉除（chú）去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化（huà）學成分和均勻（yún）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，使其轉移到爐渣中，具有除去（qù）雜質、淨化鋼（gāng）水的功能。由於CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於（yú）冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊鋼等（děng）設備的耐火材料。近年來，為了淨（jìng）化鋼（gāng）水、延（yán）長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人（rén）員對白雲石質耐火材（cái）料進行了許多試驗研究，取得了（le）很好的結果。

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），含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮（huī）發（fā）性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼（gāng）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（zhā），並且鋼水中溶解的O含量盡（jìn）可能要低。要使O含（hán）量低，就要選擇氧勢（shì）盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫（wēn）下以氣態存在，在鋼水中的溶解（jiě）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。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利（lì）脫P，因此，用CaO含量（liàng）高的鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料同樣也有利脫P。

鎂（měi）鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是（shì）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（huà）合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製（zhì）熔渣（zhā）的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其（qí）H主要來自（zì）熔渣或精煉設備內襯耐（nài）火材料的水分及有機添加物。熱力學分（fèn）析認（rèn）為：要在1200℃下長期烘烤，充（chōng）分排除其（qí）中的水分，就不（bú）存在（zài）鋼水中（zhōng）氫（H）含量（liàng）增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水（shuǐ）性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的（de）影響：王龍光等人認（rèn）為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學（xué）穩（wěn）定性高，具有很（hěn）低的氧平衡分壓，在鋼（gāng）水中的溶解度（dù）很小，被（bèi）認為是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼（gāng）中S的（de）影響（xiǎng）：田琳等（děng）人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反（fǎn）應，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，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出（chū）現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的（de）脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以（yǐ）盡可能降低鋼包內襯（chèn）的再氧化能力（lì），另一方麵可以避免強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（hán）量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實（shí）驗結果表明：當澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時，鋼中（zhōng）P含量大（dà）幅度降低（dī），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（liào），鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對（duì）鋼中（zhōng）H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連（lián）鑄過程中，鋼包和中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、中間包烘烤，能有效地降低鋼（gāng）水的吸（xī）H量（liàng）。

耐火材（cái）料對鋼中（zhōng）N(氮)含量的影（yǐng）響（xiǎng）：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）受到關注，如Sialon分解對鋼（gāng）水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增（zēng）N點就是（shì）長水口保護（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料對鋼水中夾雜物（wù）的影響（xiǎng）：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（de）影響，實驗表明：在反應（yīng）30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火（huǒ）材料能去除鋼水（shuǐ）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（zá）物可與鎂鈣（gài）耐火材（cái）料中的CaO反（fǎn）應，如CaO與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（chú）鋼中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔（róng）點化（huà）合物被吸附鎂鈣質耐火材（cái）料表麵，形成（chéng）保護（hù）層，或（huò）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（měi）鈣質耐火（huǒ）材料中的活性CaO含量（liàng）越高，吸（xī）附鋼水中夾（jiá）雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料（liào）的抗侵蝕性能（néng）：梁（liáng）義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不（bú）鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的（de）抗渣性。試驗結（jié）果得出，CaO含量高的（de）白雲石磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透（tòu）能力比較強。燒成白雲石磚基質部（bù）分致密程度高，較不燒白雲（yún）石磚具有更好的抗高堿（jiǎn）度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透（tòu）比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒（shāo）鎂（měi）鈣（gài）磚，CaO含量高的燒成鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低（dī）的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料（liào）具有（yǒu）良好的抵抗高堿度熔渣的（de）侵（qīn）蝕和滲透（tòu）能力，這是因為渣與鎂鈣材料作（zuò）用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲（shèn）透。低堿度熔渣具有較強的（de）侵蝕（shí）和滲透能力，主要是熔渣對（duì）基質的強溶蝕並（bìng）滲透作（zuò）用。

雅安鎂磚之鎂鈣碳磚的（de）性能及抗侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳（tàn）磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外（wài），鎂（měi）鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含（hán）量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性（xìng）能越好，淨化鋼水的效果（guǒ）也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗剝落性能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采（cǎi）用煉鋼轉爐（lú）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（shí）驗。實驗結果表明（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（sǔn）最嚴重（chóng）；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚（zhuān）的界麵上產（chǎn）生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而（ér）分別比（bǐ）MgO—C磚高0.4%和1.2%，因（yīn）為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠（huì）章等人研究結果（guǒ）表明鎂（měi）白（bái）雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定（dìng）性好（hǎo），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，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對（duì）潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中（zhōng）有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含量（liàng）非常少（shǎo），非金屬夾雜物不僅數量（liàng）少，而且尺寸很小（xiǎo）和形（xíng）態得到控製，合金元素（sù）成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在（zài）鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始（shǐ）終與鋼水接觸，一般耐（nài）火材料對鋼水或多或（huò）少（shǎo）總有些汙（wū）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物，而且不汙染環（huán）境。