徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度（dù）研究提高鋼的純（chún）淨度，沒有考慮（lǜ）與（yǔ）鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作（zuò）用，總是認為耐火材料（liào）或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲（yún）石質（鎂鈣質）耐火材（cái）料的理論研（yán）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，並且（qiě）也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包（bāo）等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲（yún）石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原（yuán）料，煆燒後（hòu）的（de）理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為1.93。鎂（měi）鈣質（zhì）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（měi）鈣質耐火材料。

其中（zhōng），白雲石質耐火材料是指全部（bù）用煆燒或電熔的（de）白雲石做原料的定型或不定（dìng）形耐（nài）火材料（liào）；鎂白（bái）雲（yún）石和鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）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（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（hán）量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落性能和（hé）脫硫、脫磷的效果越（yuè）好，但抗水化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根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（gāng）水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對（duì）鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的（de）含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼（gāng）中雜質及夾雜物（wù）以及脫氣、調整化學成分和（hé）均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具（jù）有（yǒu）除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用（yòng）於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨鋼（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來（lái），為了（le）淨化鋼水、延長爐（lú）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，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮（huī）發性（xìng）是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中（zhōng）加入（rù）一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空（kōng）條件下（xià）使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼（gāng）水中（zhōng）的脫S反應中，要使（shǐ）鋼水S含（hán）量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的（de）O含量盡可能要（yào）低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度（dù）很小，而（ér）CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應（yīng）該（gāi）選用鎂鈣質耐火材料（liào）。溫度升高不利（lì）於脫P，但（dàn）鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有（yǒu）利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料（liào）同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性（xìng）高、抗渣滲透性好，特別是熔（róng）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,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的（de）問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣（zhā）或精（jīng）煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物（wù）。熱力（lì）學分析認為：要在1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼（gāng）水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣（gài）質耐火材料對鋼（gāng）水性能的（de）影響

耐火材料（liào）對鋼中氧（yǎng）含量的影響：王龍光等人認（rèn）為（wéi）MgO—CaO耐火材料中的CaO熱（rè）力學穩定性高，具有（yǒu）很低的氧平衡分壓，在鋼水中的（de）溶解度（dù）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（rén）試驗（yàn）研究鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表（biǎo）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，使用白雲石（shí）質鋼包內襯是很必要的，這樣（yàng）一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再（zài）氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件（jiàn）下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火（huǒ）材料對鋼中P含量的影（yǐng）響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含（hán）量的（de）影響。實驗結果表明：當澆注料中（zhōng）w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含（hán）量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）水碳（tàn）含量的影（yǐng）響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當（dāng）同一製（zhì）品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火（huǒ）材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及（jí）其中的有機粘結劑會對（duì）鋼水中的H含量產生顯著影響。連（lián）鑄過程中，鋼包和中間包係統中使（shǐ）用保（bǎo）護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對（duì）鋼包、中間包烘烤，能有效地降低（dī）鋼水的（de）吸H量。

耐火材料（liào）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（nài）火材料中應用受到關（guān）注，如Sialon分解對鋼水造成（chéng）增N。更大的增N量（liàng）在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水（shuǐ）口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料對鋼水中夾雜物的影響：田琳（lín）等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實（shí）驗表（biǎo）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，其餘的堿性（xìng）耐（nài）火材料均使鋼水（shuǐ）夾雜（zá）物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火材料中的（de）CaO反應（yīng），如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合物，熔點約為1400℃左（zuǒ）右，可有效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸（xī）附鎂鈣質耐（nài）火材料表麵，形成保護層（céng），或（huò）者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護（hù）渣層中；在鎂鈣質耐火材（cái）料中的（de）活性CaO含量（liàng）越高，吸（xī）附鋼水中夾（jiá）雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁（liáng）義兵等人（rén）采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿（jiǎn）度的（de）AOD渣侵蝕和（hé）滲透能力比較強。燒成白雲石磚（zhuān）基質部分致密（mì）程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿（jiǎn）度較低（dī）的VOD爐渣對三種磚的侵（qīn）蝕和滲透比高堿度（dù）渣嚴重得多。相（xiàng）對而（ér）言，燒（shāo）成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕能力好於CaO含量低的（de）鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和（hé）滲透能（néng）力，這是因為渣與鎂鈣（gài）材（cái）料作用析出C3S，使材料表層致（zhì）密化（huà）而（ér）有效（xiào）抑製熔渣的（de）滲透（tòu）。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和（hé）滲透能力（lì），主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透（tòu）作用。

北海鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類（lèi）複雜。除具備鎂鈣磚的（de）特性（xìng）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（de）性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗（kàng）剝落性能越（yuè）好，淨化鋼（gāng）水的效果也越好；C含量（liàng）越高，抗渣侵蝕和抗剝落性（xìng）能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼（gāng）轉爐的初期渣、中期（qī）渣和終期（qī）渣分別對鎂鈣碳（tàn）磚及鎂碳磚的侵蝕進行實（shí）驗。實驗結果表明：初（chū）期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因（yīn）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，是因為在磚的界麵（miàn）上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別（bié）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，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高（gāo）溫抗氧化（huà）性和熱震穩定（dìng）性好，抗酸性熔渣（zhā）能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫（tuō）O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉（liàn）鋼的電（diàn）爐爐襯（chèn）。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害（hài）成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾（jiá）雜（zá）物不（bú）僅（jǐn）數量少，而且尺寸很小和形態得（dé）到控製，合（hé）金（jīn）元素（sù）成分（fèn）精準並且分布均勻，使（shǐ）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，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對（duì）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（néng）淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾（jiá）雜物，而且不汙（wū）染（rǎn）環境。