徐平坤

以（yǐ）前，從煉鋼工藝（yì）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材料對（duì）鋼水的（de）淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會（huì）對鋼水產（chǎn）生汙（wū）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），得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼（gāng）水（shuǐ），反而能（néng）淨化鋼水，並（bìng）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（rì）益增加。

白雲石與（yǔ）鎂鈣（gài）質耐火材料的特征

白（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然礦物原料，煆燒後（hòu）的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要（yào）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（shì）指全部用煆燒或電熔的白（bái）雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石（shí）和鎂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（yuè）高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗水（shuǐ）化（huà）能力越強；CaO含量（liàng）越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能力（lì）越強，高溫蠕變（biàn）越大，抗剝（bāo）落性能（néng）和脫硫、脫磷的效果越好，但（dàn）抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差（chà）。因此，應該（gāi）根據爐外精煉等熱工設備的不同（tóng）部位使用條件，合理選擇鎂鈣（gài）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。鎂鈣質耐火材料中的遊（yóu）離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其（qí）轉移到爐渣中，具（jù）有除去雜質、淨化鋼水的（de）功（gōng）能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材料也適合用（yòng）於冶煉低氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨（jìng）化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火（huǒ）材料消耗（hào），研（yán）究（jiū）人員對白雲石質耐（nài）火材料進行了許（xǔ）多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮發性是有影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩爾分（fèn）數）就可使MgO相對揮發性（xìng）大大降低。因此（cǐ），MgO質材料中加（jiā）入一定量的CaO製（zhì）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。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含（hán）量低，熔渣必（bì）須是CaO含量高的高（gāo）堿度渣，並且鋼水（shuǐ）中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇（zé）氧（yǎng）勢盡（jìn）可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），而CaO的氧勢也很小，因此（cǐ），精煉設備（bèi）應該選用鎂鈣質耐（nài）火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的（de）熔渣有利脫P，因此，用（yòng）CaO含量高（gāo）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高、抗渣滲透性好，特別是（shì）熔（róng）渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中（zhōng）的（de）CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成（chéng）保護（hù）層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含（hán）量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或（huò）精煉設備內襯耐火材料的水分及有機（jī）添加物。熱（rè）力學分析（xī）認為：要在1200℃下長期烘烤，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（tí）。

鎂鈣（gài）質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材（cái）料對（duì）鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具（jù）有很低的氧平衡（héng）分壓，在鋼水中（zhōng）的（de）溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有（yǒu）效（xiào）材料（liào）。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究（jiū）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，反應（yīng）45min時，脫S效果更好（hǎo），脫（tuō）S率達70.12%；超過45min，脫S率降低（dī），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（zài）氧化能力，另一（yī）方（fāng）麵可以避免強還原條（tiáo）件（jiàn）下鋼包（bāo）渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注（zhù）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，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水（shuǐ）碳含量的（de）影響：實驗表明（míng），使用（yòng）含C耐火材（cái）料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使（shǐ）用時，鋼水僅（jǐn）發生輕（qīng）微增C。

耐火（huǒ）材料對鋼中H(氫（qīng）)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（lián）鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主（zhǔ）流時，有機粘結劑導致（zhì）吸H。對鋼包、中間包（bāo）烘烤，能有效地降（jiàng）低鋼水的吸H量。

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

耐火材料對（duì）鋼水（shuǐ）中夾雜物的影響：田（tián）琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻（gè）耐火材料對管線（xiàn）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（cái）料能去除鋼水中（zhōng）的夾雜物，其餘的堿性耐火（huǒ）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反應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右（yòu），可有效地去除（chú）鋼（gāng）中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物（wù）被吸（xī）附鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵，形（xíng）成保護層，或者從（cóng）鎂鈣質耐（nài）火材料表麵上剝落（luò）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（yuè）高，吸附鋼（gāng）水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材（cái）料的抗（kàng）侵蝕（shí）性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究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（kàng）高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲（yún）石磚（zhuān）基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有（yǒu）更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低（dī）的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透（tòu）比（bǐ）高堿度渣嚴重得多。相對而言（yán），燒成的鎂鈣（gài）磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於（yú）CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料（liào）具有良好（hǎo）的抵抗高（gāo）堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材（cái）料作用析出C3S，使材料表（biǎo）層致密化而有效抑（yì）製熔（róng）渣（zhā）的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔（róng）渣對基質的強溶蝕並滲（shèn）透作（zuò）用。

璧山（shān）鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的（de）性能及抗侵蝕（shí）的研究

鎂鈣碳磚主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚（zhuān）種類複雜。除具備（bèi）鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好（hǎo）的真空穩定性、抗熱（rè）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（luò）性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落（luò）性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人（rén）采用煉鋼（gāng）轉爐的初期渣、中期渣和（hé）終期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進（jìn）行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產（chǎn）生結構剝落，蝕（shí）損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕（qīng），是因為在磚的界麵上產生了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磚高0.4%和1.2%，因為其（qí）在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕（shí）嚴重（chóng）。

孫惠章等人研究結果（guǒ）表明鎂（měi）白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好（hǎo），抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適（shì）合冶煉鋼的電（diàn）爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼（gāng）的影響

潔淨鋼係（xì）指鋼中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金屬夾雜物（wù）不僅數量少，而且尺寸很小和形態（tài）得到控製，合金元素成（chéng）分精準並且分布（bù）均勻，使鋼材（cái）具有高性能、高品（pǐn）質。在鋼水從冶煉到精煉的整（zhěng）個過程中，耐火材料始終（zhōng）與（yǔ）鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些（xiē）汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料（liào）能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。