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（zhí）接接觸的耐火材（cái）料對鋼水的淨化作用，總是認為耐（nài）火材料（liào）或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐火材料（liào）的理（lǐ）論研究和（hé）實際（jì）試驗，得出鎂鈣（gài）質（zhì）材料不但不汙（wū）染鋼（gāng）水（shuǐ），反而能淨化（huà）鋼水，並且也不（bú）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（měi）鈣質耐火材料的（de）特征

白雲（yún）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（zhí）為1.93。鎂鈣質耐（nài）火材料主要包括白雲石（shí）質耐火材（cái）料、鎂（měi）白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其（qí）中，白雲石（shí）質耐火材料是（shì）指全（quán）部用煆燒或電熔的白雲（yún）石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲（yún）石和鎂（měi）鈣質耐火材料是（shì）用鎂石與白雲（yún）石合成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的變化影響鎂鈣（gài）質製品的高溫（wēn）使用性能（néng），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（néng）力越強（qiáng），高溫（wēn）蠕變越大（dà），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（xìng）能越（yuè）差。因此，應該（gāi）根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條（tiáo）件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材（cái）料（liào）對淨化鋼（gāng）水（shuǐ）作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含（hán）量（liàng）要求嚴格，需要爐外精煉（liàn）除去鋼中雜質及夾雜物（wù）以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材（cái）料中（zhōng）的遊離CaO，易與鋼（gāng）水中的S、P等雜質反應，使其轉（zhuǎn）移到爐渣中，具有（yǒu）除去雜質、淨化鋼水的（de）功能。由於（yú）CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼（gāng），是（shì）爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近（jìn）年來，為了淨化鋼水、延長爐（lú）襯壽命（mìng）、降低耐火材料消（xiāo）耗，研究人員對白雲（yún）石質耐火材（cái）料（liào）進行了許多試（shì）驗研究，取得了很好（hǎo）的（de）結（jié）果。

MgO在真（zhēn）空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使（shǐ）MgO相（xiàng）對揮發性大大降低。因（yīn）此，MgO質材料中加（jiā）入一定量的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（shì）。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是（shì）CaO含量高（gāo）的高堿度渣，並（bìng）且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧（yǎng）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（zhōng）的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小（xiǎo），因此，精煉設（shè）備應該選用鎂鈣質耐火材料（liào）。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量（liàng）高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用（yòng）CaO含量高的鎂鈣質（zhì）耐火材料同樣（yàng）也有利脫P。

鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料的熱震穩定性（xìng）高、抗渣滲透性好，特（tè）別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應（yīng）生成（chéng）高熔點化（huà）合物C2S或C3S,形（xíng）成保護層，從而抑製熔渣的滲透（tòu）。

關於H含量的問題，采（cǎi）用真空（kōng）精（jīng）煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火（huǒ）材料的水分及有機添（tiān）加物（wù）。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘（hōng）烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含（hán）量增高問題。

鎂（měi）鈣質耐火材料對鋼水（shuǐ）性（xìng）能的影響（xiǎng）

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材料中的CaO熱力學（xué）穩定性高（gāo），具有很低的氧平衡（héng）分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是（shì）防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對（duì）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。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效（xiào）果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使（shǐ）鋼包（bāo）獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的（de），這樣一方麵可以盡可能降低（dī）鋼包（bāo）內襯的再氧化能力，另一（yī）方（fāng）麵可以避免強還原條件下鋼包（bāo）渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材（cái）料對鋼中P含量的影響（xiǎng）：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中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含量大幅度降（jiàng）低，由原始的0.1%降（jiàng）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。

耐火材料對鋼水（shuǐ）碳（tàn）含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水（shuǐ）顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中（zhōng）H(氫)含量（liàng）的影響：耐火材料中的水分以及其（qí）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（chéng）中，鋼包和（hé）中間包係統中（zhōng）使用保護套管保護主流（liú）時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中（zhōng）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（liào）N含量很低，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（gèng）大的增N量在鋼包與中間包之間（jiān），保護套管非常重（chóng）要，連（lián）鑄的增N點就（jiù）是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中（zhōng）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（xiàn）鋼鋼水潔淨化的影響，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（jun1）使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的（de）CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效（xiào）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（zhōng）；在鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料（liào）中的活性CaO含量（liàng）越高，吸附鋼水中夾雜物的能（néng）力越強。

鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝（guō）法研究（jiū）3種不（bú）鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性（xìng）。試驗（yàn）結果得（dé）出，CaO含（hán）量高的白（bái）雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和（hé）滲透能力比較強。燒成白雲石磚（zhuān）基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好（hǎo）的抗高（gāo）堿度渣侵蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲（shèn）透比高堿度渣（zhā）嚴重得多（duō）。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕性（xìng）明顯好於不燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的（de）鎂鈣磚。鎂鈣質（zhì）材料具有良好的抵抗（kàng）高（gāo）堿（jiǎn）度熔（róng）渣的侵（qīn）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滲（shèn）透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要（yào）是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

延慶鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚（zhuān）主要性（xìng）能（néng）：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂（měi）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真（zhēn）空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性（xìng）能同時取決於（yú）CaO及（jí）C的含量。CaO含量越高，抗（kàng）剝落性能越好（hǎo），淨化鋼水的效果也越好（hǎo）；C含量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗剝落（luò）性能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳（tàn）磚（zhuān）的侵蝕進（jìn）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（chóng）；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別（bié）比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重（chóng）。

孫惠章等人（rén）研究結（jié）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（xìng）熔渣能力強（qiáng）；而（ér）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（zhì）耐火材料對潔淨鋼的影（yǐng）響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常（cháng）少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小（xiǎo）和形（xíng）態得到控製，合金元素成分精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材具有高（gāo）性能、高品質（zhì）。在鋼水從冶煉到精煉的整（zhěng）個過程中，耐火材料（liào）始終與鋼水接觸，一般耐火材（cái）料對鋼水或（huò）多或少總（zǒng）有些汙染，唯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（wù），而且不（bú）汙染環境。