徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高（gāo）鋼（gāng）的純淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼水直接接觸的耐火材（cái）料對鋼水的淨化（huà）作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼（gāng）水產生（shēng）汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理（lǐ）論研究（jiū）和實際試驗，得出鎂鈣質（zhì）材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白（bái）雲石與（yǔ）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白雲石質耐火材（cái）料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料（liào）。

其中，白雲石質耐火材料是指（zhǐ）全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火（huǒ）材料；鎂白雲石和鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料是用鎂（měi）石與白雲（yún）石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響（xiǎng）鎂鈣質製品的高溫（wēn）使用性能，MgO含量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越（yuè）強；CaO含量越高，抗高SiO2熔（róng）渣的能力越強（qiáng），高溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）能和脫硫（liú）、脫磷的效果越好，但抗水化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因（yīn）此，應該根據爐外精煉（liàn）等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼（gāng）、特殊鋼等（děng）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，需要爐外精煉除去鋼中雜（zá）質及夾雜物（wù）以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣（gài）質耐（nài）火材（cái）料（liào）中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉（zhuǎn）移到爐渣中，具有（yǒu）除去雜（zá）質、淨化鋼水的功能（néng）。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂（měi）鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉（liàn）潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼（gāng）等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研（yán）究人（rén）員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空（kōng）條件下容易（yì）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（jiàng）低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料（liào）更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高（gāo）的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低（dī）。要使O含量低（dī），就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶（róng）解度（dù）很（hěn）小，而CaO的氧勢也很小，因（yīn）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）高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩（wěn）定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生（shēng）成高熔點化合物C2S或C3S,形（xíng）成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量（liàng）的問題，采用真空精煉，其（qí）H主要來自熔渣或精（jīng）煉設備內襯耐火材料的水分及有機添（tiān）加物。熱（rè）力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就（jiù）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的影響

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

耐火（huǒ）材料（liào）對（duì）鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料（liào）的脫S效（xiào）果。結果表明：在1600℃下，反應（yīng）45min時，脫S效果更好，脫S率達（dá）70.12%；超（chāo）過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲（yún）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（chèn）的再氧（yǎng）化能力，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。實驗結果表明（míng）：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含（hán）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（liàng）僅有小幅度（dù）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，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使（shǐ）用時，鋼水僅發生輕微（wēi）增C。

耐火材料對鋼中H(氫（qīng）)含量（liàng）的影響：耐火（huǒ）材料中的水分（fèn）以及其中的有機粘（zhān）結劑會對鋼水中的H含量產生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中，鋼包和中間（jiān）包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結（jié）劑（jì）導致（zhì）吸H。對鋼包、中間包（bāo）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N含（hán）量很低，近年來氮化物在耐（nài）火材料中（zhōng）應用（yòng）受到（dào）關注，如Sialon分解對鋼水造（zào）成增N。更大（dà）的增N量在鋼包（bāo）與中間包之間（jiān），保護套管非常重要，連鑄的增N點就是（shì）長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料（liào）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，隻有鎂鈣質耐火材料能去（qù）除鋼水中的夾（jiá）雜物，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的複合化合物，熔點約為1400℃左（zuǒ）右，可（kě）有（yǒu）效地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成（chéng）C2S(矽（guī）酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣)高（gāo）熔點化合物被吸附鎂鈣質耐（nài）火材料表麵，形成保護層，或（huò）者從鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層（céng）中；在鎂鈣質耐（nài）火材料中的活性CaO含量越（yuè）高，吸附鋼水中夾雜物的能（néng）力越強。

鎂鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等（děng）人采用靜（jìng）態（tài）坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗（kàng）渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵（qīn）蝕和滲（shèn）透能力（lì）比較強。燒成白雲（yún）石磚基質部分致密程度高，較不（bú）燒白雲石磚（zhuān）具有更好的抗高堿度渣侵蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵（qīn）蝕和滲透（tòu）比高堿度渣嚴重得多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的（de）燒成鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料（liào）具有良好的抵抗高（gāo）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（cái）料表層致密化而（ér）有效（xiào）抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲（shèn）透能力，主要是（shì）熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

張掖（yè）鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研（yán）究

鎂鈣碳磚主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚種類複（fù）雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越（yuè）好；C含量越高，抗（kàng）渣侵蝕和（hé）抗剝落性能越強。

鎂（měi）鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢等人采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對（duì）鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚的侵蝕進行實驗。實驗（yàn）結果表明：初（chū）期渣MgO—C磚蝕（shí）損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為MgO—C磚產生（shēng）結構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚（zhuān）的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚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（zhōng）及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究（jiū）結果表明（míng）鎂白雲石碳磚（zhuān）高溫抗氧化性和熱震穩定性好，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潔淨鋼的（de）影（yǐng）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（jiá）雜（zá）物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元（yuán）素成分精準並且（qiě）分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精（jīng）煉的整個過程中，耐火材料始終（zhōng）與鋼水接觸，一般（bān）耐火材（cái）料對鋼水或多或少（shǎo）總有些（xiē）汙（wū）染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除（chú）去鋼（gāng）中的非金屬夾雜（zá）物，而且不汙染環境。