徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼的純淨（jìng）度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作（zuò）用，總是（shì）認為耐火（huǒ）材料或多或少地會對鋼水產生（shēng）汙染。可是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論（lùn）研（yán）究和實際試驗，得（dé）出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水（shuǐ），並且也不汙染環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉（liàn）裝置中應用日益（yì）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（liào），煆（duàn）燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料（liào）主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐（nài）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（xíng）耐火材料；鎂（měi）白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含量的變化影響（xiǎng）鎂鈣（gài）質製品的（de）高溫使用性能，MgO含（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）力（lì）越強（qiáng）；CaO含量越高，抗高SiO2熔（róng）渣的能力越強，高溫（wēn）蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷（lín）的效果越好，但抗水化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位（wèi）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（zhì）耐火材料對淨化鋼水作用的（de）影響

潔淨鋼、特殊鋼等對（duì）鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格（gé），需要爐外精煉（liàn）除去鋼中雜質及夾雜物以（yǐ）及脫氣、調整化學成分和均勻化等。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（lú）渣中（zhōng），具（jù）有除去雜（zá）質、淨化鋼水的功能（néng）。由於CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂鈣質耐火材料也適（shì）合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設（shè）備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗（hào），研究人員對白雲石質耐火材料進行了（le）許多試驗研究，取得了很好（hǎo）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，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（liào）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（zhì）耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要（yào）使鋼（gāng）水S含量（liàng）低，熔渣必須是CaO含量高的（de）高（gāo）堿度渣，並且鋼（gāng）水中溶（róng）解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要（yào）選擇氧勢盡可能低的（de）耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，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脫P，因此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂（měi）鈣質耐火材料的熱（rè）震穩（wěn）定（dìng）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（fǎn）應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成（chéng）保護層，從而抑製熔渣的（de）滲透（tòu）。

關於H含量的（de）問題，采用真空精煉，其（qí）H主要來自熔渣或精煉設備內（nèi）襯耐火材料的（de）水分及有機添加物。熱力學分（fèn）析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（qīng）（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材（cái）料對鋼水性能的影（yǐng）響

耐火材料對鋼中氧含量（liàng）的影響：王龍光（guāng）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壓，在鋼水中的溶解度很小，被認（rèn）為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐（nài）火材料對鋼中S的（de）影響：田琳等人試（shì）驗研究鎂鈣磚（zhuān）與鋼水中S的反應，檢（jiǎn）驗鎂鈣（gài）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（lǜ）達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣（yàng）一方（fāng）麵可以盡可（kě）能（néng）降低鋼包內襯的（de）再氧（yǎng）化能力，另一方麵可以避免強還原（yuán）條件下鋼包渣導（dǎo）致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對（duì）鋼中P含量的（de）影響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量（liàng）的影響（xiǎng）。實驗（yàn）結果表明：當澆注料中w（CaO）為（wéi）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含量僅有小幅度降（jiàng）低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明（míng），使用含C耐火（huǒ）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（qīng）微增C。

耐火（huǒ）材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中（zhōng）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。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保（bǎo）護套管保護主（zhǔ）流時，有機粘結劑導致吸H。對（duì）鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量（liàng）。

耐火材料（liào）對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很（hěn）低，近年來（lái）氮化物在耐火材料中應用受到關注，如（rú）Sialon分解對鋼水造成增（zēng）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點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼（gāng）水中夾（jiá）雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料對管線（xiàn）鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實驗表明（míng）：在反應30min的情況下（xià），隻有鎂鈣質（zhì）耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的（de）堿性耐火材料均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CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點（diǎn）約為1400℃左右，可有效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應（yīng）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（liào）表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下（xià）來上浮至（zhì）保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性（xìng）CaO含量越高，吸附鋼（gāng）水中（zhōng）夾（jiá）雜物的（de）能力越（yuè）強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義（yì）兵等人采用靜態坩（gān）堝（guō）法（fǎ）研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的（de）抗渣（zhā）性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿（jiǎn）度的（de）AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚（zhuān）基質部分致密程度高，較不燒白雲（yún）石磚具有更好的抗高堿（jiǎn）度（dù）渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和（hé）滲（shèn）透（tòu）比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂（měi）鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵（qīn）蝕（shí）能力好於CaO含量低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材（cái）料具有良好的（de）抵抗高（gāo）堿度熔渣的侵蝕（shí）和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣（gài）材料作用析（xī）出C3S，使材料表層致密化而有效（xiào）抑製熔渣的滲透（tòu）。低（dī）堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔（róng）渣對基質的強溶蝕並滲透作用（yòng）。

雲浮鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具（jù）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（rè）震性。鎂鈣碳磚的性能同（tóng）時取決於CaO及C的含量。CaO含量越（yuè）高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗（kàng）渣侵蝕和抗（kàng）剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研（yán）究：崔淑賢（xián）等人采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期（qī）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驗。實（shí）驗（yàn）結果表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較輕，是因為在磚的界（jiè）麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕（shí）損（sǔn）率（lǜ）反而分別比MgO—C磚高（gāo）0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高（gāo）溫抗（kàng）氧化（huà）性（xìng）和（hé）熱震穩定性好，抗酸（suān）性熔渣能力強；而且磚中（zhōng）的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響（xiǎng）

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（shǎo），而且尺寸很小和形（xíng）態（tài）得到控製，合金元素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，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材（cái）料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂（měi）鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。