徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與（yǔ）鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化（huà）作用，總是認（rèn）為耐火材料或多或（huò）少地會對鋼水產生汙染。可是（shì）通過（guò）對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和（hé）實際試驗，得出鎂（měi）鈣質材料不但不汙染鋼（gāng）水，反而能淨化鋼（gāng）水，並且也不汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉（liàn）裝置中（zhōng）應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的（de）特征

白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物（wù）原料，煆燒後的理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為（wéi）1.93。鎂鈣質耐火材料主要包（bāo）括白雲石質耐火材料、鎂白雲（yún）石質耐火材（cái）料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石（shí）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（bái）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（huà）影響鎂（měi）鈣質製品的高（gāo）溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水（shuǐ）化能力越（yuè）強（qiáng）；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落性能和脫硫、脫磷的（de）效果越好（hǎo），但抗水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此（cǐ），應該根據爐外精煉等熱（rè）工設備的不同（tóng）部位使用條件，合理選（xuǎn）擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響（xiǎng）

潔淨鋼、特殊（shū）鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等（děng）夾雜物的含量（liàng）要求嚴格，需要爐（lú）外（wài）精煉除去鋼中（zhōng）雜質及夾雜物以及脫（tuō）氣、調整化學成分和（hé）均勻化等（děng）。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為（wéi）了淨化鋼水、延（yán）長爐襯（chèn）壽命、降低耐火（huǒ）材料消耗，研究人員（yuán）對白雲石質耐火材料進行了許多（duō）試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易（yì）揮（huī）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MgO相（xiàng）對揮發性大大降低。因此，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（xià）使用比純MgO質（zhì）耐火材料（liào）更合適。

鋼水中的脫（tuō）S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是（shì）CaO含量（liàng）高（gāo）的高堿度（dù）渣，並且鋼（gāng）水中溶解的O含量盡可能要低（dī）。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能（néng）低的耐火材（cái）料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼（gāng）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（zhì）耐（nài）火材料（liào）。溫（wēn）度升高不（bú）利於脫P，但鋼包中采用CaO含（hán）量高即堿（jiǎn）度（dù）高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料同（tóng）樣也有（yǒu）利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震（zhèn）穩定性高、抗渣滲透性好，特（tè）別是熔渣中SiO2滲入（rù）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,形成保護層，從而（ér）抑製熔渣的滲透。

關於H含量的（de）問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或（huò）精煉（liàn）設備內襯耐火材料的水分及有（yǒu）機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期（qī）烘烤，充分排除其中（zhōng）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（néng）的影響

耐火材料（liào）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（xìng）高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度（dù）很小，被認為是（shì）防止鋼水增氧（yǎng）的有效材料。

耐火材料對鋼中S的（de）影響：田（tián）琳等人（rén）試驗研究（jiū）鎂鈣磚與鋼水中S的反應（yīng），檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果（guǒ）。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（dī），出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧（yǎng）化（huà）能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材（cái）料的過度消耗。

耐火材（cái）料對鋼中（zhōng）P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中（zhōng）P含量的影（yǐng）響（xiǎng）。實驗結（jié）果表明：當澆注料中（zhōng）w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含（hán）量僅有小幅度降低。

耐火（huǒ）材料（liào）對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯（xiǎn）著（zhe）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H(氫)含量（liàng）的影響（xiǎng）：耐火（huǒ）材料（liào）中（zhōng）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使用保護套管保護主流時，有機（jī）粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效（xiào）地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量（liàng）的影（yǐng）響：傳統耐火材料N含量（liàng）很低，近年來氮化物在耐火（huǒ）材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增（zēng）N。更大的增N量在（zài）鋼包與中間包之間，保護套管非常重（chóng）要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜（zá）物的影響（xiǎng）：田琳等人研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材料對管線（xiàn）鋼鋼水潔（jié）淨化的影響（xiǎng），實驗表明：在反應30min的情況（kuàng）下，隻有鎂（měi）鈣質耐火材料能去除（chú）鋼水中（zhōng）的（de）夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使（shǐ）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CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右（yòu），可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化（huà）合物（wù）被吸附鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形成保護層，或（huò）者從鎂鈣質耐火材（cái）料表麵上剝落（luò）下來上浮至保（bǎo）護渣層中；在（zài）鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力（lì）越強。

鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）的抗侵（qīn）蝕（shí）性能：梁義兵等（děng）人采用靜態坩堝（guō）法研究（jiū）3種不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量（liàng）高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透（tòu）能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白（bái）雲（yún）石磚具有更好的（de）抗高堿度渣侵蝕性。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（xiàng）對而言（yán），燒成的鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿（jiǎn）度渣（zhā）侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣（zhā）與鎂（měi）鈣材料作用析出C3S，使材料（liào）表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有（yǒu）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。

渝北鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚的（de）性能及抗侵蝕的（de）研究

鎂鈣碳（tàn）磚主要性能：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（zhuān）具有更好的真空穩定性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果（guǒ）也越好；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗剝落性能（néng）越強。

鎂鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑（shū）賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和（hé）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：初期渣MgO—C磚蝕（shí）損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生結構剝落，蝕損（sǔn）最嚴重；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（zhā），MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕損率反而分別比（bǐ）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（shí）嚴重。

孫惠章等人研究（jiū）結果表明（míng）鎂白（bái）雲石（shí）碳磚高溫抗氧（yǎng）化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有（yǒu）利（lì）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（bú）僅數量（liàng）少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材具有高性能、高（gāo）品質。在鋼水從（cóng）冶煉到精煉的整個過（guò）程中，耐火材料始終與鋼（gāng）水接觸，一般耐火材（cái）料（liào）對鋼水或多或少總（zǒng）有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾（jiá）雜物，而且不汙染環境。