徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的角度（dù）研究（jiū）提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直（zhí）接接（jiē）觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地（dì）會對鋼水產生汙（wū）染。可是通過對（duì）白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得（dé）出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化（huà）鋼水，並且也不（bú）汙染（rǎn）環（huán）境，在AOD、VOD、精（jīng）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，煆燒後的理（lǐ）論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括（kuò）白雲（yún）石質耐火材料、鎂白雲（yún）石質耐火材料（liào）、鎂鈣質耐火（huǒ）材料。

其中，白雲（yún）石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔（róng）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（nài）火材料是用鎂石（shí）與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響（xiǎng）鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落（luò）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（yīn）此，應該根據（jù）爐外精煉等熱工設備的（de）不同部位使用（yòng）條件，合理選擇鎂鈣質耐火材（cái）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

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜（zá）物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以（yǐ）及脫氣、調（diào）整化學成分和（hé）均（jun1）勻化等（děng）。鎂鈣質耐（nài）火材料中（zhōng）的遊離CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到（dào）爐渣中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的（de）功能。由於CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂鈣質耐（nài）火材料也適合用（yòng）於（yú）冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉（liàn）潔淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗，研究人員對（duì）白雲石質耐（nài）火材料進行（háng）了許多試驗研究，取（qǔ）得（dé）了很好的（de）結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材料，在高（gāo）溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐（nài）火材料更（gèng）合適。

鋼水中的脫S反（fǎn）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（liàng）盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態（tài）存在，在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，而CaO的氧勢（shì）也很（hěn）小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣（gài）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（jiǎn）度高的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高（gāo）的（de）鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料同（tóng）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（tòu）性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生（shēng）成高熔（róng）點化合物C2S或（huò）C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的（de）問題，采用真空精煉，其H主要（yào）來自熔渣或精（jīng）煉設備（bèi）內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下（xià）長期（qī）烘烤，充分排除其中的（de）水分，就不存在鋼水中（zhōng）氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質（zhì）耐火材料對鋼水性能的影響（xiǎng）

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分（fèn）壓，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），被認為是防止鋼水增氧的（de）有效材料。

耐火材（cái）料對（duì）鋼中（zhōng）S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）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（tuō）S效果更好，脫S率（lǜ）達70.12%；超過45min，脫S率降（jiàng）低，出現“回（huí）S”現（xiàn）象。為了使鋼包獲得有效的脫（tuō）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（nài）火材料的過度消耗。

耐火材（cái）料對鋼中（zhōng）P含量的（de）影響：匡加才（cái）研究MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼中P含量的影（yǐng）響。實（shí）驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降（jiàng）低到（dào）0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小（xiǎo）幅度降低。

耐火材料對鋼（gāng）水碳含量的影響（xiǎng）：實驗表明，使用含（hán）C耐火材料，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（zēng）C。

耐火材料對鋼（gāng）中H(氫)含量的影響：耐（nài）火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的（de）H含（hán）量產（chǎn）生顯著影響。連鑄過程（chéng）中，鋼包和中間包係統中使用保（bǎo）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，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火（huǒ）材料對（duì）鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐（nài）火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火（huǒ）材（cái）料中應用受（shòu）到關注，如Sialon分解對（duì）鋼水造成增（zēng）N。更（gèng）大的（de）增N量在鋼包與（yǔ）中間包之（zhī）間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長（zhǎng）水口保護，此（cǐ）處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水（shuǐ）中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材料對（duì）管線（xiàn）鋼鋼水潔淨（jìng）化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）能去（qù）除鋼水中的夾雜（zá）物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量（liàng）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（de）複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）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（gài）質耐火材料表麵，形成保護層（céng），或者（zhě）從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護（hù）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（néng）力越強（qiáng）。

鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料的抗侵蝕性能：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。試驗結果（guǒ）得出，CaO含量高的白雲石磚（zhuān）抗高堿度的AOD渣侵蝕和（hé）滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒（shāo）白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高（gāo）堿度渣（zhā）嚴（yán）重得多（duō）。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）性明（míng）顯好於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕能力好於（yú）CaO含量低的鎂（měi）鈣（gài）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（de）滲透。低堿（jiǎn）度熔渣具有較強的侵蝕和（hé）滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲（shèn）透作用。

榆林（lín）鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚（zhuān）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空穩定性、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時取決於（yú）CaO及C的含量。CaO含（hán）量越高，抗（kàng）剝落性能越好（hǎo），淨（jìng）化鋼水的效果也（yě）越（yuè）好（hǎo）；C含量越（yuè）高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢（xián）等人采用煉鋼轉爐的初期渣（zhā）、中期渣和終期渣分別對鎂鈣（gài）碳磚及鎂（měi）碳磚（zhuān）的侵蝕進行實（shí）驗。實驗結（jié）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（shí）較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期（qī）渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而（ér）分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在（zài）高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕（shí）嚴重（chóng）。

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（róng）渣能力強；而且（qiě）磚中的CaO有利於鋼水的（de）脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的（de）電爐爐襯。

白雲石質耐火材料（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，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小（xiǎo）和形態得到控製，合（hé）金元素成分精準並且分布（bù）均勻，使鋼材（cái）具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個（gè）過程（chéng）中，耐火材料始終與鋼水接觸（chù），一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲（yún）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（zá）物，而且不汙染（rǎn）環境。