徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼（gāng）的純淨度，沒有考（kǎo）慮與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火材料（liào）對鋼水的淨化（huà）作用，總是認為（wéi）耐火材料或（huò）多或少地會（huì）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，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水（shuǐ），反而能淨化鋼水（shuǐ），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（yì）增加。

白雲石與鎂鈣質耐（nài）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（zhì）耐火材料主要包（bāo）括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質（zhì）耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒（shāo）或（huò）電熔的白雲石做原料的定型或不（bú）定形耐火材料；鎂（měi）白雲石（shí）和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲（yún）石合成的耐（nài）火材料。MgO、CaO含量的變化（huà）影（yǐng）響鎂鈣質製（zhì）品的高溫使用（yòng）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熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和（hé）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。因此，應該根據爐外精煉等熱工設（shè）備的不（bú）同部（bù）位使用條件（jiàn），合理選擇（zé）鎂（měi）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（shuǐ）作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼（gāng）等對鋼中的雜質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（wài）精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣（qì）、調整化（huà）學（xué）成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的（de）遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使（shǐ）其轉移到爐渣中，具（jù）有除去雜（zá）質、淨（jìng）化鋼水的（de）功能。由於CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂（měi）鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧（yǎng）鋼，是爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設（shè）備的耐（nài）火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯（chèn）壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試（shì）驗研究，取得了（le）很好的結果。

MgO在真空條件下容（róng）易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發（fā）性是有（yǒu）影響的，含有10%～20%CaO（摩（mó）爾分數）就可使MgO相對揮（huī）發性大大降低（dī）。因此（cǐ），MgO質材料（liào）中加入一定量的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（zhì）耐火材（cái）料更合適。

鋼水中的脫（tuō）S反應中，要使鋼水（shuǐ）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含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡（jìn）可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存（cún）在，在鋼水中的溶解度（dù）很小，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，但鋼包中（zhōng）采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫（tuō）P，因此，用CaO含量高的鎂鈣（gài）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高、抗渣滲（shèn）透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保（bǎo）護層，從而抑（yì）製熔渣（zhā）的（de）滲透。

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

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的（de）影響

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

耐火（huǒ）材料對鋼中S的影（yǐng）響：田琳（lín）等（děng）人試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中S的反應，檢驗（yàn）鎂鈣質耐火材料的脫S效（xiào）果。結果表（biǎo）明：在1600℃下，反應45min時（shí），脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現（xiàn）象。為了使鋼包（bāo）獲得有效的脫S效果，使用白雲石質（zhì）鋼包內（nèi）襯是很必要的（de），這樣一方麵可以盡可能降低（dī）鋼包內襯（chèn）的再氧化（huà）能力，另一方（fāng）麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度（dù）消耗。

耐火材（cái）料對鋼中P含量的影響（xiǎng）：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：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由（yóu）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（dī）。

耐火（huǒ）材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使（shǐ）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C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中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（tǒng）中使用保護套管保護主流時，有機粘結（jié）劑導致吸H。對鋼（gāng）包、中間包烘烤，能有效地（dì）降低鋼水（shuǐ）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含量很低，近年來氮化物在耐火材料（liào）中應用受到關（guān）注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護（hù）套管非常重要，連鑄的增N點（diǎn）就是長水口保（bǎo）護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對（duì）鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研（yán）究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火材料對（duì）管（guǎn）線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物（wù），其餘的堿性（xìng）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（huǒ）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℃左右，可有效地去（qù）除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和（hé）C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成（chéng）保（bǎo）護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上（shàng）浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活（huó）性CaO含量越高，吸附鋼水（shuǐ）中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝（guō）法研究3種（zhǒng）不（bú）鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石（shí）磚抗高（gāo）堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強（qiáng）。燒成白雲石磚基質部分致密程度高（gāo），較不燒白雲石磚具有更好的抗高（gāo）堿度渣侵蝕性（xìng）。堿度（dù）較低的（de）VOD爐渣對三（sān）種磚的侵蝕和滲透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鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低（dī）的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣（zhā）的侵蝕和滲透（tòu）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滲透。低堿度熔渣具有（yǒu）較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用（yòng）。

阿勒泰鎂磚之鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成鎂鈣磚種類複雜（zá）。除具備鎂（měi）鈣磚的（de）特性外，鎂鈣（gài）碳（tàn）磚比鎂碳磚具有更（gèng）好的真（zhēn）空穩定性、抗熱（rè）震（zhèn）性。鎂鈣碳磚的性能同（tóng）時取決於（yú）CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高（gāo），抗剝落性能越好，淨化鋼水的（de）效果也越好；C含（hán）量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢等人（rén）采（cǎi）用煉鋼轉（zhuǎn）爐（lú）的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進（jìn）行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高（gāo）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（jiào）輕，是因為在（zài）磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反（fǎn）而分別比（bǐ）MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明（míng）鎂白雲石碳磚高溫抗氧化（huà）性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而（ér）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（zhì）耐（nài）火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量（liàng）非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺（chǐ）寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材具有高（gāo）性能、高品質。在鋼水（shuǐ）從冶（yě）煉到精煉的整個過（guò）程中，耐（nài）火材料始終（zhōng）與（yǔ）鋼（gāng）水接觸，一般耐（nài）火材料對鋼水或多或少總有些汙（wū）染（rǎn），唯有白雲石質即（jí）鎂鈣質（zhì）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。