徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒（méi）有考慮（lǜ）與鋼水直接接觸（chù）的耐火材料對鋼水的淨化作（zuò）用，總是認為耐火材料或多或少地會對（duì）鋼水產生汙染。可是通過對白雲石（shí）質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反（fǎn）而能淨化鋼水，並（bìng）且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉（liàn）裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質（zhì）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（cái）料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白（bái）雲石質耐火材料是指全部用煆燒或（huò）電（diàn）熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）是用鎂石與白雲石（shí）合成的耐（nài）火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製（zhì）品的（de）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（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差。因（yīn）此，應該（gāi）根據爐外（wài）精（jīng）煉等熱工設備的不同部位（wèi）使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材（cái）料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石（shí）質耐火材料對淨化鋼水作（zuò）用的影響

潔（jié）淨鋼、特（tè）殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含量要求嚴格（gé），需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整（zhěng）化學成（chéng）分和均勻化等（děng）。鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料中的遊（yóu）離CaO，易與鋼（gāng）水中的S、P等雜質反應，使其轉（zhuǎn）移（yí）到爐渣中，具有除去雜（zá）質、淨化鋼水的功能。由（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料也（yě）適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼等（děng）設備的耐火材料。近年來，為（wéi）了淨化鋼（gāng）水、延長爐襯壽命、降低耐火材料（liào）消耗，研究（jiū）人員對（duì）白雲石質（zhì）耐火材料進（jìn）行了許多試驗研（yán）究，取得（dé）了很好的結（jié）果。

MgO在真空條件下容（róng）易（yì）揮發，而CaO對MgO的揮（huī）發性是有影（yǐng）響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相（xiàng）對揮發性大大降低。因此（cǐ），MgO質材料中加入一定量的（de）CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料（liào），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（shuǐ）S含量低，熔渣必須是（shì）CaO含（hán）量高的高堿度渣，並且（qiě）鋼水中溶解的O含量盡（jìn）可能（néng）要低。要使O含（hán）量低，就（jiù）要選擇氧勢盡可能低（dī）的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質（zhì）耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼（gāng）包中采用CaO含量高即堿度高的（de）熔渣有（yǒu）利脫（tuō）P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別（bié）是熔渣中SiO2滲（shèn）入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材（cái）料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製熔渣（zhā）的滲（shèn）透（tòu）。

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

鎂鈣質耐火材（cái）料對鋼水性能的影響

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

耐（nài）火材料對鋼中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效果更（gèng）好，脫S率達70.12%；超過（guò）45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使（shǐ）鋼包獲得有效的脫S效（xiào）果（guǒ），使（shǐ）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（gāng）包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼（gāng）包渣導（dǎo）致（zhì）耐火材料的過度消耗。

耐（nài）火材料對（duì）鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含（hán）量的影響。實驗結果表明：當澆注（zhù）料中w（CaO）為（wéi）25%時，鋼中P含量大幅度（dù）降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步（bù）提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表（biǎo）明（míng），使用含C耐火材（cái）料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用（yòng）時（shí），鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料（liào）對鋼中H(氫（qīng）)含量的影響：耐火材料（liào）中的水分以（yǐ）及其中的（de）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，有機粘結（jié）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。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的（de）影響（xiǎng）：傳（chuán）統（tǒng）耐（nài）火材料N含量很低，近年來氮化（huà）物在（zài）耐（nài）火（huǒ）材料中（zhōng）應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量（liàng）在鋼（gāng）包與中間包之間（jiān），保護套管非常重要，連鑄的增N點（diǎn）就是長水口保護，此（cǐ）處（chù）增N可達（15~30）×10-6。

耐火（huǒ）材料對鋼水中夾雜物的影（yǐng）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影響，實驗表明：在（zài）反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火（huǒ）材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘（yú）的堿性耐（nài）火材料均使鋼水夾雜物數量（liàng）增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火材（cái）料（liào）中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合（hé）物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點化合物被（bèi）吸附鎂鈣質耐火（huǒ）材料表（biǎo）麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料表（biǎo）麵上剝落下來上浮至保護渣層中（zhōng）；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物的能力越強。

鎂（měi）鈣質耐火材料的抗（kàng）侵蝕性能：梁義兵等人采（cǎi）用靜態坩堝法研究（jiū）3種不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂鈣磚的抗渣性（xìng）。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石（shí）磚（zhuān）抗高堿度的AOD渣侵（qīn）蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分（fèn）致密程度高，較（jiào）不燒（shāo）白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿（jiǎn）度（dù）較低的VOD爐渣對（duì）三種磚的（de）侵（qīn）蝕和滲透比高堿度（dù）渣嚴重得多。相對而言（yán），燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕（shí）性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的（de）燒成鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕（shí）能（néng）力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料（liào）具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵（qīn）蝕和滲（shèn）透能力（lì），這是因為渣與鎂鈣材（cái）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（zhā）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）。

忠縣鎂磚之鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較燒成（chéng）鎂鈣（gài）磚種類複（fù）雜。除具備（bèi）鎂鈣磚的特性外，鎂（měi）鈣碳磚比鎂（měi）碳磚具有更好的真（zhēn）空穩定性（xìng）、抗熱震性（xìng）。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（kàng）剝落性能越（yuè）好，淨（jìng）化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗（kàng）渣侵（qīn）蝕和抗（kàng）剝落性能越強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研究（jiū）：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期（qī）渣（zhā）、中期渣和終期渣（zhā）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（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產生結構剝落（luò），蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較（jiào）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（qī）渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比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。

孫惠章等（děng）人研究結果表明鎂白雲石碳（tàn）磚（zhuān）高溫抗氧化性和熱震穩定性（xìng）好，抗酸性熔渣能（néng）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（chèn）。

白雲石質耐（nài）火材（cái）料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾（jiá）雜物不僅數量（liàng）少（shǎo），而（ér）且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分（fèn）精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高（gāo）品質。在鋼水從冶煉到精煉（liàn）的整個過程中，耐火（huǒ）材料始終與鋼水接觸，一般（bān）耐火材料對鋼水（shuǐ）或多或少總有些汙染，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雜物，而且不（bú）汙染環（huán）境。