徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，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，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材（cái）料的理論研究和實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，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。

白雲石與鎂鈣（gài）質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物（wù）原料，煆燒後的理論組成為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質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、鎂鈣質耐火材料（liào）。

其（qí）中，白雲石質耐火材料是（shì）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材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是（shì）用鎂石（shí）與白雲石合成的耐（nài）火材料（liào）。MgO、CaO含量的（de）變化影（yǐng）響鎂鈣質製品的高（gāo）溫使用性能（néng），MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強（qiáng）；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落（luò）性能和脫硫、脫磷的（de）效果越好，但（dàn）抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的（de）性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的（de）不（bú）同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐火材料對淨化鋼水作用的影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼等（děng）對鋼（gāng）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（tuō）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（shǐ）其轉移到爐渣中，具（jù）有除去雜質、淨化（huà）鋼水的（de）功能。由於（yú）CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶煉低氧鋼，是（shì）爐外（wài）精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備（bèi）的耐火（huǒ）材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽（shòu）命（mìng）、降低耐火材料消（xiāo）耗（hào），研究（jiū）人員對白雲石質耐火材（cái）料進行了許多試驗（yàn）研究（jiū），取得了很好的結果。

MgO在真空條件（jiàn）下（xià）容易揮發，而（ér）CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數（shù））就可使MgO相對揮發性大大降低（dī）。因此，MgO質材（cái）料（liào）中加入一定（dìng）量的CaO製成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含（hán）量低，熔渣必須是CaO含量高的（de）高堿度渣，並且鋼水（shuǐ）中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與（yǔ）Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水（shuǐ）中的（de）溶解度很小，而CaO的氧勢也（yě）很小，因此，精煉設（shè）備應該選（xuǎn）用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高即（jí）堿度高的熔渣（zhā）有利脫P，因此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣質耐火材料同樣也（yě）有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱（rè）震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是（shì）熔渣中SiO2滲入會與（yǔ）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（yì）製熔渣的滲（shèn）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（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，就不存在鋼水中氫（H）含（hán）量增高問題（tí）。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對（duì）鋼（gāng）水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量（liàng）的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），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。結果表明：在1600℃下（xià），反應45min時（shí），脫S效（xiào）果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象（xiàng）。為（wéi）了使鋼（gāng）包獲得有效（xiào）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（miàn）可以盡可能降低鋼包內襯（chèn）的（de）再氧化能（néng）力，另一方麵可以避（bì）免強還原條（tiáo）件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材（cái）料對鋼中P含量的影響（xiǎng）：匡加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注料對（duì）鋼中P含量的影響（xiǎng）。實驗結果表明：當澆注（zhù）料（liào）中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始（shǐ）的0.1%降低到（dào）0.01%，進一步提（tí）高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳（tàn）含量的（de）影響：實驗表明，使（shǐ）用（yòng）含C耐火材料，鋼水（shuǐ）顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發（fā）生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料（liào）中的水分（fèn）以（yǐ）及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過（guò）程（chéng）中，鋼包和中間包係統中使用保護（hù）套（tào）管保護主流時，有機粘結劑導致吸（xī）H。對鋼包、中間包（bāo）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（dī），近年來氮化物（wù）在耐火材料中應用受到（dào）關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼（gāng）包與中間包（bāo）之間，保護套（tào）管非常重要，連鑄的增N點（diǎn）就是長（zhǎng）水（shuǐ）口保護，此處增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾（jiá）雜物（wù）的影響：田琳等（děng）人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管（guǎn）線鋼（gāng）鋼水（shuǐ）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（xìng）耐火（huǒ）材料均使鋼水夾雜物數量（liàng）增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火（huǒ）材料中的CaO反應（yīng），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)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐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活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料的抗侵（qīn）蝕性能：梁義兵等人（rén）采用靜態坩堝法研（yán）究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果（guǒ）得出，CaO含量高的白雲石磚（zhuān）抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較（jiào）強（qiáng）。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不（bú）燒白雲石（shí）磚（zhuān）具有更好（hǎo）的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣（zhā）嚴重得多（duō）。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚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透能力（lì），這是因為渣與鎂鈣材料作（zuò）用（yòng）析出（chū）C3S，使材料表層致密化而有效抑製（zhì）熔渣的滲透。低堿（jiǎn）度熔渣（zhā）具有（yǒu）較強的侵蝕和滲透能力（lì），主要是熔渣對（duì）基質（zhì）的強溶蝕並滲透作用。

大慶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（zhuān）較燒成鎂鈣磚種類複雜。除（chú）具備鎂鈣磚的特（tè）性外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有（yǒu）更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂（měi）鈣碳磚（zhuān）的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越（yuè）高，抗剝（bāo）落性能越（yuè）好，淨化鋼水的效果（guǒ）也越好；C含量越高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等（děng）人采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和（hé）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（zhā）MgO—C磚蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴（yán）重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層（céng）；可（kě）是中期渣和終期渣（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕損率反而（ér）分別比（bǐ）MgO—C磚高0.4%和1.2%，因（yīn）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（yún）石碳磚高溫抗（kàng）氧化性和熱震穩定性好，抗（kàng）酸性熔（róng）渣能力強；而且（qiě）磚中（zhōng）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（jié）淨鋼的影（yǐng）響

潔淨（jìng）鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少，非金屬夾（jiá）雜物不僅數量少，而（ér）且尺寸很小和形態（tài）得到控製（zhì），合（hé）金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具（jù）有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐（nài）火材料始終與（yǔ）鋼水（shuǐ）接觸，一（yī）般耐火材料對鋼水或多或（huò）少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料能淨（jìng）化鋼（gāng）水，除去鋼中的非金屬夾雜物（wù），而且不汙（wū）染環境。