徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材料（liào）對鋼水（shuǐ）的淨化作用，總是認為耐（nài）火材料（liào）或（huò）多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗（yàn），得（dé）出鎂鈣質材料不但不汙（wū）染（rǎn）鋼水（shuǐ），反而能（néng）淨化鋼水，並（bìng）且也不汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼包（bāo）等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材（cái）料的特征

白雲（yún）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（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火材料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，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型（xíng）或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂（měi）石與白雲石（shí）合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量（liàng）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（lì）越強，高溫蠕變（biàn）越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果（guǒ）越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差。因此，應該根（gēn）據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材（cái）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及脫氣（qì）、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（zhuǎn）移到爐渣中，具有除去雜質、淨化（huà）鋼水的功能。由（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）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（tè）殊鋼（gāng）等設備的耐（nài）火材料。近年來（lái），為了淨化鋼水、延（yán）長爐（lú）襯（chèn）壽命、降低耐火材料消（xiāo）耗，研（yán）究人員對白雲石質耐火材料進行（háng）了許多（duō）試驗研究，取得了很好的結（jié）果。

MgO在真空（kōng）條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是（shì）有影響（xiǎng）的，含有10%～20%CaO（摩（mó）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（rù）一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使（shǐ）用比純MgO質耐（nài）火材料更合適（shì）。

鋼水中的（de）脫S反應中，要使鋼水S含（hán）量（liàng）低，熔渣必須是CaO含量高的高（gāo）堿（jiǎn）度（dù）渣（zhā），並且鋼水中（zhōng）溶解的O含量盡可（kě）能要低。要（yào）使O含量（liàng）低（dī），就要（yào）選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在（zài）高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢（shì）也很小，因此，精煉設備應該選（xuǎn）用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利（lì）於脫P，但鋼包中采用（yòng）CaO含量高即堿度高的熔渣有（yǒu）利脫（tuō）P，因此，用CaO含量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定性（xìng）高、抗（kàng）渣（zhā）滲（shèn）透性好，特別是（shì）熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高（gāo）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含量的問題，采用真空精煉，其（qí）H主要來自熔渣或精煉設備（bèi）內襯（chèn）耐火材料（liào）的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤（kǎo），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（měi）鈣質耐（nài）火材料對鋼水性能的（de）影響

耐（nài）火材料對鋼中氧含量（liàng）的影響：王（wáng）龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中（zhōng）的溶解（jiě）度很小，被認為是（shì）防（fáng）止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的（de）影響：田（tián）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（fǎn）應（yīng）45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫S率降低，出（chū）現“回S”現象。為了使鋼（gāng）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，這樣一（yī）方麵可以盡可能（néng）降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可（kě）以避免強還原條件下鋼（gāng）包渣導致耐火（huǒ）材料的過度消耗。

耐火材料對鋼（gāng）中P含量（liàng）的（de）影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼（gāng）中P含量的影響。實驗結果表（biǎo）明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼（gāng）中P含量（liàng）大幅度降低，由（yóu）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（liào），鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材（cái）料中的水分以及其中的有機（jī）粘結劑會（huì）對鋼水中的H含量（liàng）產生顯著影響。連鑄過程中（zhōng），鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有（yǒu）機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降（jiàng）低鋼（gāng）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含量（liàng）很低（dī），近（jìn）年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增（zēng）N量在鋼包與中間包之（zhī）間，保護套（tào）管非（fēi）常重要，連鑄的增N點就（jiù）是長水口保（bǎo）護，此處增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料對鋼水中夾（jiá）雜物的影（yǐng）響（xiǎng）：田琳等人（rén）研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表（biǎo）明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除（chú）鋼水中的夾雜物，其餘的堿（jiǎn）性耐火材料均使鋼水夾雜物（wù）數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可與鎂鈣耐火材（cái）料中的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去（qù）除鋼（gāng）中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽（guī）酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物（wù）被吸附鎂（měi）鈣質耐火材料表麵，形成保護（hù）層，或者（zhě）從鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵上剝落下（xià）來上浮至保護渣層（céng）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越強。

鎂鈣（gài）質耐火材料的抗侵蝕性能：梁（liáng）義兵等（děng）人（rén）采用靜態坩堝（guō）法（fǎ）研究3種不（bú）鏽鋼冶煉用鎂鈣磚（zhuān）的抗渣性。試驗結果得（dé）出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能（néng）力比較強。燒成白雲石磚基質部（bù）分致密程度高，較不（bú）燒白雲石磚（zhuān）具（jù）有更好的抗（kàng）高堿度（dù）渣侵蝕性（xìng）。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和（hé）滲透比高堿度（dù）渣嚴重得多。相對（duì）而（ér）言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成（chéng）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力（lì）好（hǎo）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（róng）渣的侵蝕和滲透能力（lì），這是因為渣與鎂鈣材料作用析出（chū）C3S，使材料表層（céng）致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿（jiǎn）度熔渣具有較強的（de）侵蝕（shí）和滲透能（néng）力，主要（yào）是熔渣對基質的強溶蝕並滲（shèn）透作用。

資陽鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及（jí）抗侵蝕的研究

鎂鈣碳（tàn）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（měi）碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決（jué）於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水（shuǐ）的效果也（yě）越好；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人（rén）采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別（bié）對鎂鈣（gài）碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的（de）界麵上產生了C2S保護層；可（kě）是中期渣和終期渣（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為其（qí）在高（gāo）溫中（zhōng）及被（bèi）渣中∑FeO溶解，所以（yǐ）比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究（jiū）結果表（biǎo）明鎂白雲石（shí）碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚（zhuān）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（gāng）的影響

潔（jié）淨鋼係指鋼中有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾（jiá）雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得（dé）到控（kòng）製，合金元素成分精準並且分布均勻，使（shǐ）鋼（gāng）材具（jù）有（yǒu）高（gāo）性能、高品質。在鋼水（shuǐ）從冶煉（liàn）到精煉的整個過程中，耐火材料始終（zhōng）與鋼水（shuǐ）接觸，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雜物，而且不汙染環境。