徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼（gāng）的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接（jiē）觸的耐火材料對鋼水的（de）淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水（shuǐ）產生（shēng）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（jì）試驗，得出鎂鈣質材料不但（dàn）不汙染鋼水，反而能淨化鋼水（shuǐ），並且（qiě）也不汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉（liàn）裝置中應（yīng）用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的（de）特征

白雲石（shí）（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包（bāo）括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質（zhì）耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒（shāo）或（huò）電熔的白（bái）雲石做原料的定型或不定（dìng）形耐火材料；鎂白雲石（shí）和（hé）鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白（bái）雲石合成的耐（nài）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FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落性能和脫硫、脫（tuō）磷的（de）效果（guǒ）越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越差（chà）。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（hé）理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼水作用的影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中（zhōng）的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求（qiú）嚴格，需要爐外精煉除（chú）去鋼中雜質（zhì）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，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、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於冶煉低氧鋼，是（shì）爐外精煉冶煉潔淨鋼（gāng）、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火（huǒ）材料。近年來，為了（le）淨（jìng）化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石（shí）質耐火材料進行了許多（duō）試驗研究，取得了很好的結（jié）果。

MgO在真空條件（jiàn）下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性（xìng）是有影響的，含（hán）有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數）就（jiù）可（kě）使MgO相對揮發性大大降低（dī）。因（yīn）此，MgO質材料（liào）中加（jiā）入（rù）一定量（liàng）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）材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須（xū）是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能（néng）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，在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采（cǎi）用CaO含量高即堿度高的熔（róng）渣（zhā）有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同（tóng）樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定（dìng）性高（gāo）、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火（huǒ）材料中的（de）CaO反應生成（chéng）高（gāo）熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔（róng）渣（zhā）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（shuǐ）分及有機添加物（wù）。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）含量增高（gāo）問（wèn）題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料（liào）對鋼中氧含量的影響：王（wáng）龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡（héng）分（fèn）壓，在鋼（gāng）水中的溶解度很（hěn）小，被認為是防（fáng）止（zhǐ）鋼（gāng）水增（zēng）氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的（de）影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火（huǒ）材料的脫S效果。結果（guǒ）表明：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（chū）現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包（bāo）獲得有效（xiào）的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是（shì）很必要（yào）的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化（huà）能力（lì），另一方（fāng）麵可以避免強還原（yuán）條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的（de）影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼（gāng）中P含量的影響。實驗結果表明（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（bù）提高CaO含量，鋼中（zhōng）P含（hán）量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼（gāng）水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材（cái）料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中（zhōng）的水分以（yǐ）及其中的有機粘結劑會（huì）對鋼（gāng）水中的H含量產生顯著影響（xiǎng）。連（lián）鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結（jié）劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有（yǒu）效地（dì）降低鋼水的吸H量。

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量（liàng）的影（yǐng）響：傳統耐火材料N含量很低（dī），近年來氮化物在耐（nài）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（jiān），保護套管非常重要，連鑄的增N點就（jiù）是長水口保護（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼（gāng）水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材料對（duì）管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應（yīng）30min的情況下，隻有鎂鈣質耐（nài）火材料能去除鋼水中的夾雜（zá）物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜（zá）物可與鎂鈣耐（nài）火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的（de）複（fù）合化合（hé）物，熔點（diǎn）約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層（céng），或者從鎂鈣（gài）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（zhōng）的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物的能力（lì）越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等（děng）人（rén）采用靜態坩堝法研究（jiū）3種不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣磚的（de）抗渣性。試（shì）驗結果得出，CaO含量高的（de）白雲石磚抗高堿度（dù）的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強（qiáng）。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不（bú）燒白雲石磚具有更好的抗高（gāo）堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種（zhǒng）磚的侵蝕和滲透比高堿度（dù）渣嚴重得（dé）多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量（liàng）高的燒成鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕能力好於（yú）CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具（jù）有良好的抵抗高（gāo）堿度熔渣的侵蝕和滲（shèn）透能（néng）力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表（biǎo）層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低（dī）堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力（lì），主要是熔渣對基質的強溶蝕（shí）並滲透作用。

大興鎂磚之鎂鈣碳磚（zhuān）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（chéng）鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳（tàn）磚具有更好的真空穩定性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性（xìng）能越好，淨化鋼水的（de）效果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵（qīn）蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的（de）初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕（shí）進行實驗。實驗（yàn）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磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；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；可（kě）是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比（bǐ）MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中（zhōng）∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫（sūn）惠章等人研究結果表（biǎo）明鎂白雲石（shí）碳磚高溫抗（kàng）氧化性和熱震穩（wěn）定性好（hǎo），抗酸性熔渣能力強；而且磚（zhuān）中的CaO有（yǒu）利於鋼水的脫O、脫（tuō）S、脫P等，適合冶煉鋼的電（diàn）爐爐（lú）襯。

白雲石質（zhì）耐火材料對潔淨鋼的影響

潔（jié）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（hé）形態（tài）得到控製（zhì），合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材（cái）具有高性能、高品質。在鋼水（shuǐ）從（cóng）冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與（yǔ）鋼水接（jiē）觸，一般耐火材料對鋼水或多或（huò）少總（zǒng）有些汙（wū）染，唯有白雲石質即（jí）鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。