徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨（jìng）度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水（shuǐ）的（de）淨（jìng）化作用，總是認為耐（nài）火材（cái）料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通（tōng）過對（duì）白雲（yún）石質（鎂鈣質）耐火材（cái）料的理論（lùn）研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼（gāng）水，反而（ér）能淨化鋼（gāng）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（rì）益增加。

白雲石與鎂鈣質（zhì）耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，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（zhì）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（měi）鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料（liào）是指全部用煆燒或電熔的白（bái）雲石做原料的定（dìng）型或不定形（xíng）耐（nài）火材（cái）料；鎂白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材（cái）料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質（zhì）製品的高溫使用（yòng）性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）力越強；CaO含量越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越（yuè）好（hǎo），但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越（yuè）差。因此，應該根據爐外精煉等熱（rè）工設備的（de）不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石（shí）質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格（gé），需要爐外精煉除去鋼中雜質（zhì）及夾雜物（wù）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（lí）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（huǒ）材料也適合（hé）用於冶煉低氧鋼，是（shì）爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼（gāng）等設備的耐火材料。近年（nián）來，為了淨化鋼水、延長（zhǎng）爐（lú）襯壽命、降低（dī）耐火（huǒ）材料（liào）消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試（shì）驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下（xià）容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分（fèn）數（shù））就可使MgO相對（duì）揮發性大大降低。因此（cǐ），MgO質材料中（zhōng）加入一定量的CaO製成（chéng）MgO—CaO質耐火材料，在高溫真（zhēn）空條件下使（shǐ）用比純MgO質（zhì）耐火（huǒ）材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼（gāng）水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡（jìn）可能要低。要使O含量低，就要選（xuǎn）擇氧勢盡可能低的耐火（huǒ）材料，Mg與（yǔ）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，精煉設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度升（shēng）高不利於脫（tuō）P，但鋼包中采用CaO含量（liàng）高即堿（jiǎn）度高的熔渣有利（lì）脫（tuō）P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂（měi）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（zhā）滲透（tòu）性好，特別是熔渣（zhā）中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔（róng）點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關（guān）於H含量的問題，采用真空精煉（liàn），其H主（zhǔ）要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機（jī）添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下（xià）長期烘烤，充分排（pái）除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料（liào）對鋼水（shuǐ）性能的影響

耐火材料對（duì）鋼中氧含量的（de）影響：王龍（lóng）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（hěn）低的氧平衡分壓，在（zài）鋼（gāng）水中的溶解度（dù）很（hěn）小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火（huǒ）材料對鋼中S的影響：田（tián）琳等人試驗研究鎂鈣（gài）磚與（yǔ）鋼水中S的反應，檢（jiǎn）驗鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更（gèng）好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率（lǜ）降低，出現（xiàn）“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（gāng）包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材（cái）料的過（guò）度（dù）消耗。

耐火材料對鋼（gāng）中P含量的影（yǐng）響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中（zhōng）P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時（shí），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，鋼中P含量僅有（yǒu）小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量（liàng）的影（yǐng）響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯（xiǎn）著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響（xiǎng）：耐火材料中（zhōng）的水分以及其（qí）中的有機（jī）粘結劑會對鋼水中的H含（hán）量產生（shēng）顯著影（yǐng）響。連鑄過程中，鋼包和中（zhōng）間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致（zhì）吸H。對鋼包、中（zhōng）間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中（zhōng）N(氮)含量的影響：傳統耐（nài）火材料N含量很（hěn）低，近年來氮化物在耐火材料中（zhōng）應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更（gèng）大的增N量在鋼包與中間包之間，保（bǎo）護套（tào）管非常重要，連鑄的（de）增N點就是長水口保（bǎo）護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的（de）影響：田琳（lín）等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的（de）影（yǐng）響，實驗表明：在反應（yīng）30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除（chú）鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼（gāng）水夾雜（zá）物數量增加。Al2O3、SiO2等（děng）夾雜物可與鎂鈣（gài）耐火材料中的CaO反（fǎn）應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地（dì）去除（chú）鋼（gāng）中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保（bǎo）護層，或（huò）者（zhě）從鎂鈣質耐火材（cái）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（yuè）強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等（děng）人采用靜態坩堝法研究3種不鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性。試驗結果得出，CaO含量（liàng）高的白（bái）雲石磚抗高堿度的AOD渣（zhā）侵蝕和（hé）滲透能力比較強。燒成白（bái）雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐渣對三種（zhǒng）磚的（de）侵蝕和滲透比高堿度渣嚴（yán）重得多。相對而言，燒（shāo）成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於（yú）不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材（cái）料具有良好的抵抗高堿度熔渣（zhā）的侵蝕（shí）和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作（zuò）用析出C3S，使材料表層致密化（huà）而有（yǒu）效抑製熔渣的滲（shèn）透。低堿（jiǎn）度（dù）熔渣具有較（jiào）強（qiáng）的（de）侵（qīn）蝕和滲透能力，主要是熔渣對基（jī）質的強溶蝕並滲透作用。

定西鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕（shí）的研究

鎂鈣碳磚主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種（zhǒng）類複雜。除具備（bèi）鎂鈣磚的特性外，鎂鈣（gài）碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於（yú）CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝落（luò）性能（néng）越好，淨化鋼水的效果（guǒ）也越好；C含量（liàng）越高，抗渣侵（qīn）蝕和抗剝（bāo）落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研究（jiū）：崔淑賢等人采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳（tàn）磚的侵蝕進行實驗。實驗（yàn）結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高（gāo）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（qīn）蝕較輕，是因為在磚的界麵（miàn）上產生了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（bǐ）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（yǐ）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（wěn）定性好，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，適合冶（yě）煉鋼（gāng）的（de）電爐爐（lú）襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔（jié）淨鋼係指鋼（gāng）中有害成（chéng）分（fèn）（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，合金元素成分精準並（bìng）且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品（pǐn）質。在鋼水從冶煉（liàn）到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火（huǒ）材料能淨化鋼水（shuǐ），除去（qù）鋼中的非金屬夾雜物，而（ér）且不汙染環境。