徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼的純淨（jìng）度，沒有考慮與鋼水直（zhí）接接觸的耐火材料對鋼水的淨（jìng）化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對（duì）鋼（gāng）水（shuǐ）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，反而能淨化鋼水（shuǐ），並且也不汙染（rǎn）環境（jìng），在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲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，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣質耐（nài）火材料主要包括白雲石質耐火材（cái）料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐（nài）火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火（huǒ）材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用（yòng）鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）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（qiáng）；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變（biàn）越大，抗（kàng）剝落（luò）性能（néng）和脫（tuō）硫、脫磷的效果（guǒ）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）備的不同部位使用（yòng）條（tiáo）件，合理選擇（zé）鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對（duì）鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等元（yuán）素及SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜（zá）物以及脫氣、調整化學成分（fèn）和均勻化等（děng）。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（shǐ）其（qí）轉移到（dào）爐渣中，具有除去雜（zá）質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火（huǒ）材料。近年來，為（wéi）了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降（jiàng）低耐火材料消（xiāo）耗，研究人員對白（bái）雲石（shí）質耐火材料進行了許（xǔ）多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容（róng）易揮（huī）發，而CaO對MgO的（de）揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數（shù））就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高（gāo）溫真空條件下使用比純MgO質耐（nài）火材料更合適。

鋼水中的脫S反（fǎn）應（yīng）中，要使鋼水S含量低，熔渣（zhā）必須是CaO含量（liàng）高的高堿度渣，並且鋼水中（zhōng）溶解的O含量盡可（kě）能（néng）要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能（néng）低（dī）的耐火材（cái）料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而（ér）CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂（měi）鈣質耐火材料。溫度升高（gāo）不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高（gāo）的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質（zhì）耐火材料同樣也有利（lì）脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩（wěn）定性高、抗渣（zhā）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（gāo）熔點化合物C2S或C3S,形成保護（hù）層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，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及有機添加物。熱（rè）力（lì）學分析認為（wéi）：要在1200℃下長期烘烤，充分排除（chú）其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

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MgO—CaO耐火材料中（zhōng）的CaO熱力學穩定性高，具有很（hěn）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（gāng）中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中（zhōng）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效果更好，脫S率達（dá）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（xiào）的脫S效果，使用白雲石（shí）質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能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（jiàn）下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼（gāng）中P含量的影響：匡加（jiā）才（cái）研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表（biǎo）明（míng）：當澆注料中w（CaO）為25%時，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（tí）高CaO含（hán）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（xiǎng）：實驗表明，使用（yòng）含C耐火材料（liào），鋼水顯著增C，當同一製（zhì）品第二次使用時，鋼水僅發生輕（qīng）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（fèn）以（yǐ）及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含（hán）量產生顯著（zhe）影（yǐng）響。連鑄過程中，鋼包和中間（jiān）包係統中（zhōng）使用保護套管（guǎn）保護（hù）主（zhǔ）流（liú）時，有機粘（zhān）結（jié）劑導致吸H。對鋼包、中間包烘（hōng）烤，能（néng）有效地（dì）降低（dī）鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含（hán）量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年（nián）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N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增（zēng）N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響（xiǎng）：田琳等人（rén）研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實（shí）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，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的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（xiào）地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）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麵，形成保護（hù）層，或者從鎂鈣（gài）質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣（zhā）層中（zhōng）；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量（liàng）越高，吸附鋼水中（zhōng）夾雜（zá）物的能力越強。

鎂鈣質耐（nài）火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝（guō）法（fǎ）研究3種不（bú）鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得（dé）出，CaO含量（liàng）高的白雲石磚（zhuān）抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較（jiào）不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對（duì）三種磚的侵蝕和（hé）滲透比（bǐ）高堿度渣嚴（yán）重得多。相對而（ér）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（shāo）成鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲（shèn）透能力，這是因為渣與（yǔ）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（jiǎn）度熔（róng）渣（zhā）具有較強的侵蝕（shí）和滲透能力，主要是熔渣（zhā）對基質的強溶蝕（shí）並滲透作用。

本溪鎂（měi）磚之鎂鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較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（jù）有更好的真空穩定性、抗熱震（zhèn）性。鎂鈣碳磚的性能同時取（qǔ）決於CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝落（luò）性能越（yuè）好，淨化鋼水的效果也越好（hǎo）；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉（zhuǎn）爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣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7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較輕，是因為在磚的界麵（miàn）上產生了C2S保護層；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磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中（zhōng）及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人（rén）研究結果表明鎂白（bái）雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸（suān）性熔渣能力強（qiáng）；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。

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分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到（dào）控製，合金元素成分精（jīng）準並且分布均勻，使鋼材（cái）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（cái）料始終與鋼水（shuǐ）接觸，一（yī）般耐火材（cái）料對鋼水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（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。