徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼工藝（yì）的角度研究提高鋼的純淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨（jìng）化作用，總是認為（wéi）耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通（tōng）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（dàn）不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉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（shì）天然礦物原料，煆燒後的理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火（huǒ）材料主要包括白（bái）雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐（nài）火材料。

其中，白雲石質耐火材料是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；鎂白雲石和鎂鈣質耐火（huǒ）材料是（shì）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（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力（lì）越強；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕（rú）變（biàn）越大（dà），抗（kàng）剝落性能和（hé）脫硫、脫磷的效果越好，但抗水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能越差。因（yīn）此，應該（gāi）根據（jù）爐外精煉等熱工設備的（de）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（shí）質耐火材料對淨化鋼水作（zuò）用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量要求嚴格，需（xū）要爐外精煉除去鋼中（zhōng）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離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐（lú）渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於（yú）CaO的（de）氧勢很（hěn）低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶煉（liàn）潔淨鋼、純（chún）淨（jìng）鋼、特殊鋼等設備的（de）耐火（huǒ）材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材（cái）料消耗（hào），研（yán）究人員對白雲（yún）石質耐火材料進行了（le）許多試驗研究，取得（dé）了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發（fā），而CaO對MgO的揮發性是有影響的（de），含有10%～20%CaO（摩爾分數）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的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火（huǒ）材料（liào）更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含（hán）量低，熔渣必須是CaO含量高（gāo）的高堿（jiǎn）度渣，並且（qiě）鋼水（shuǐ）中溶解的O含量盡可能要低。要使O含（hán）量低，就要選（xuǎn）擇氧勢盡可能（néng）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，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉（liàn）設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度升高（gāo）不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料的熱震穩（wěn）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（de）CaO反應生成（chéng）高熔點化合物（wù）C2S或C3S,形成保（bǎo）護層，從（cóng）而抑製熔渣的滲（shèn）透。

關於H含量的問題，采（cǎi）用（yòng）真（zhēn）空（kōng）精煉，其H主（zhǔ）要來自熔渣或精煉（liàn）設備內襯耐火材（cái）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，就不存在鋼水中氫（H）含量（liàng）增（zēng）高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影（yǐng）響（xiǎng）：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平（píng）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（cái）料。

耐火材料（liào）對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果（guǒ）。結果表（biǎo）明：在1600℃下，反應（yīng）45min時（shí），脫S效果更好，脫S率達70.12%；超（chāo）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（zhè）樣（yàng）一方麵可以盡（jìn）可能（néng）降低鋼包內襯的（de）再（zài）氧化能力，另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（duì）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（xiǎng）。實驗結果表（biǎo）明（míng）：當澆注（zhù）料中w（CaO）為（wéi）25%時，鋼中P含量大幅度降低，由（yóu）原始（shǐ）的0.1%降低到0.01%，進一（yī）步提高CaO含量，鋼中P含量僅（jǐn）有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實（shí）驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同（tóng）一製品第（dì）二次使用時，鋼水僅發生輕微增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（jī）粘結劑會（huì）對鋼水中的H含量產生顯著影（yǐng）響（xiǎng）。連鑄過程中，鋼（gāng）包和中間包係統中使用保護套管保（bǎo）護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮（dàn）)含量的影響：傳統耐（nài）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（jiě）對鋼水造成增N。更大的增N量（liàng）在鋼包與中間包之間，保護套管非（fēi）常重要（yào），連鑄的增（zēng）N點就是長水口保（bǎo）護（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中（zhōng）夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂（měi）鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼（gāng）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，其餘的堿性耐火材料均使鋼水（shuǐ）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反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與（yǔ）SiO2反應（yīng）生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護（hù）層，或者（zhě）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（nài）火材料中的活性CaO含量（liàng）越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣（gài）質耐火材料的抗侵蝕性能（néng）：梁義兵（bīng）等（děng）人采用靜（jìng）態（tài）坩（gān）堝（guō）法研究3種（zhǒng）不（bú）鏽鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的（de）抗渣性。試（shì）驗結果得（dé）出，CaO含量高的白（bái）雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透（tòu）能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石（shí）磚具有（yǒu）更好的抗高堿度（dù）渣侵蝕（shí）性。堿（jiǎn）度（dù）較（jiào）低（dī）的VOD爐（lú）渣對三種磚的侵蝕和滲透（tòu）比高堿度渣嚴重得多。相對而言（yán），燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵（qīn）蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好（hǎo）於CaO含量低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵（qīn）蝕和滲透能（néng）力，這是因為（wéi）渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使（shǐ）材料（liào）表（biǎo）層致密化而有效抑製熔渣的滲透（tòu）。低堿度熔渣具有較強的（de）侵蝕和（hé）滲（shèn）透能力，主（zhǔ）要是熔渣（zhā）對基（jī）質的強溶蝕並滲透作用（yòng）。

大渡口鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類（lèi）複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳磚具有更好的真空穩定性（xìng）、抗熱（rè）震（zhèn）性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能同時取（qǔ）決於CaO及C的（de）含量。CaO含（hán）量越高，抗剝落性能越好（hǎo），淨化鋼水的（de）效果也越好；C含量（liàng）越高，抗渣（zhā）侵蝕和抗剝落性能（néng）越強。

鎂鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢等（děng）人（rén）采用煉鋼轉（zhuǎn）爐（lú）的（de）初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳（tàn）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（yīn）為（wéi）MgO—C磚產生結（jié）構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕（shí）較輕，是因為（wéi）在磚（zhuān）的界麵上產生了（le）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比MgO—C磚（zhuān）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溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且（qiě）磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉鋼的電爐爐（lú）襯。

白雲石質（zhì）耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，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（yuán）素成分精準並且分布（bù）均勻，使鋼（gāng）材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的（de）整個過程中，耐火材料始終與鋼（gāng）水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石（shí）質即（jí）鎂鈣質耐火材料能（néng）淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環（huán）境。