徐平坤

以前，從煉鋼（gāng）工藝的（de）角度研（yán）究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直（zhí）接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為（wéi）耐火材（cái）料（liào）或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試（shì）驗，得出（chū）鎂鈣質材料不但不（bú）汙染鋼水（shuǐ），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（jīng）煉裝置中應用日益增加。

白雲石與（yǔ）鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）的特征（zhēng）

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然礦物原料，煆燒後的理論組成（chéng）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（zhì）耐火材料、鎂（měi）白雲石質（zhì）耐（nài）火材料（liào）、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆（duàn）燒或電熔的白雲石（shí）做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和（hé）鎂（měi）鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗（kàng）高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落性能和脫硫、脫磷的效果越（yuè）好，但（dàn）抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應（yīng）該（gāi）根據爐外精煉等熱工設備的不（bú）同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨（jìng）化鋼水作用的影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼等對鋼（gāng）中的雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）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質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣（zhā）中，具（jù）有除去雜（zá）質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）也適合用於冶（yě）煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備（bèi）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，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好（hǎo）的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而（ér）CaO對MgO的揮發（fā）性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩（mó）爾分數）就可使MgO相對揮發性（xìng）大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐火材料（liào），在高（gāo）溫真空（kōng）條件下使用比純MgO質耐火材料（liào）更合適。

鋼水中（zhōng）的脫S反（fǎn）應中，要使鋼水S含量（liàng）低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣（zhā），並且鋼水中（zhōng）溶解的（de）O含量盡可（kě）能要低。要使O含量低，就要（yào）選擇氧勢盡可能低的耐（nài）火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，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（zhōng）采用CaO含量高即堿度高的（de）熔渣有利脫P，因此，用CaO含量（liàng）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（rè）震穩定性（xìng）高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材（cái）料中的CaO反（fǎn）應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采（cǎi）用（yòng）真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設（shè）備內（nèi）襯耐（nài）火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在（zài）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（yǐng）響

耐火材（cái）料對鋼中氧（yǎng）含量的影響（xiǎng）：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材（cái）料中的CaO熱（rè）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，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試（shì）驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應（yīng），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（tuō）S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降（jiàng）低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得（dé）有（yǒu）效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這（zhè）樣一方麵可以盡可能（néng）降低鋼包內襯的再氧化能力，另（lìng）一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導（dǎo）致耐火材料的過度消（xiāo）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：當澆注料（liào）中（zhōng）w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低（dī），由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提（tí）高CaO含量，鋼中（zhōng）P含量僅有小幅度降低（dī）。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗（yàn）表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增（zēng）C，當同一製品第二（èr）次使用時，鋼水僅發（fā）生輕微增C。

耐火材（cái）料（liào）對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中（zhōng）的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響（xiǎng）。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（shí），有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水（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中應用（yòng）受到關（guān）注，如Sialon分解對鋼水造成（chéng）增（zēng）N。更大的增N量在鋼（gāng）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（bǎo）護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾（jiá）雜物的影響（xiǎng）：田琳等人研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼（gāng）鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實驗（yàn）表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）能去除鋼水中（zhōng）的夾雜物（wù），其餘的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（fǎn）應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂鈣質耐（nài）火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的（de）活性CaO含量越高（gāo），吸附鋼（gāng）水（shuǐ）中夾雜物的能（néng）力（lì）越強。

鎂鈣質耐火材料的抗（kàng）侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研（yán）究（jiū）3種不鏽鋼冶（yě）煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含（hán）量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透（tòu）能力比較強。燒成白雲（yún）石磚基（jī）質部分致密程度高，較（jiào）不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度（dù）渣侵蝕性。堿度較（jiào）低（dī）的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣（zhā）嚴重（chóng）得多。相對而（ér）言，燒成的鎂（měi）鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材料具有（yǒu）良好（hǎo）的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透（tòu）能力，這是因為（wéi）渣與鎂鈣材（cái）料作（zuò）用析出C3S，使材（cái）料表層致密化而有效（xiào）抑製熔渣的（de）滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

蚌埠鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及（jí）抗（kàng）侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳（tàn）磚比鎂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好；C含量（liàng）越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越（yuè）強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研（yán）究：崔（cuī）淑賢等人采用煉鋼轉爐（lú）的初期渣、中期渣和終期渣分（fèn）別對鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚的侵（qīn）蝕進行實驗。實驗結果表（biǎo）明：初期渣（zhā）MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕較輕，是因為在磚（zhuān）的界麵上產生了（le）C2S保護（hù）層；可是中（zhōng）期渣和（hé）終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因為其在高（gāo）溫中（zhōng）及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明（míng）鎂白（bái）雲石碳（tàn）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（diàn）爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非（fēi）常少，非金屬夾雜物不僅數量（liàng）少，而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、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料（liào）始終與鋼水接觸（chù），一般耐（nài）火材料對鋼（gāng）水或多或少總有些汙染（rǎn），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，而且不汙染環境。