徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度（dù）研究提（tí）高（gāo）鋼的純淨度，沒有考慮與（yǔ）鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火（huǒ）材料或多或少地（dì）會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲（yún）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不汙染（rǎn）鋼水（shuǐ），反（fǎn）而能淨化鋼（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益增加。

白（bái）雲石與鎂鈣質（zhì）耐（nài）火（huǒ）材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆（duàn）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（cái）料主要包括白雲石質耐（nài）火材料（liào）、鎂白雲石（shí）質耐火材料、鎂鈣質耐火材（cái）料。

其（qí）中，白雲石質耐火材料（liào）是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定（dìng）型或（huò）不定形耐火（huǒ）材料；鎂白雲石和（hé）鎂鈣質耐火材料是用鎂石（shí）與（yǔ）白雲石合成（chéng）的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質（zhì）製品的高溫使（shǐ）用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗（kàng）水化能力越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫（wēn）蠕變越大，抗剝落（luò）性能（néng）和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性（xìng）能越差。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（zhì）耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼（gāng）水作用的影響

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等夾雜物的含量要求嚴格，需要（yào）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離CaO，易與鋼（gāng）水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣（zhā）中（zhōng），具有除去雜質、淨化鋼水的功（gōng）能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣（gài）質耐火材料也（yě）適合用於冶煉低氧鋼，是爐外（wài）精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長（zhǎng）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試驗研（yán）究，取得了很好（hǎo）的結果。

MgO在真空條（tiáo）件下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因（yīn）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（wēn）真空條件下使用比純MgO質（zhì）耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中（zhōng），要（yào）使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含（hán）量高（gāo）的高堿（jiǎn）度渣，並且鋼水中（zhōng）溶解的（de）O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇（zé）氧勢盡可（kě）能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以（yǐ）氣態存在，在鋼（gāng）水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也（yě）很小，因（yīn）此，精煉設備應（yīng）該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含（hán）量高即堿度高（gāo）的熔（róng）渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣（yàng）也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗（kàng）渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問（wèn）題，采用真空精煉，其H主要來（lái）自熔渣或（huò）精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要（yào）在（zài）1200℃下（xià）長期烘烤，充分排除其中的（de）水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題（tí）。

鎂鈣質耐火材（cái）料對鋼水性能的影響

耐火（huǒ）材料對（duì）鋼中氧含量的影響：王龍光等人認（rèn）為（wéi）MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力學穩定性高，具（jù）有很低的氧平衡分壓（yā），在鋼水中（zhōng）的溶解度（dù）很小，被認為是防（fáng）止鋼水增氧的有效材料（liào）。

耐火（huǒ）材料對（duì）鋼中S的影響：田琳（lín）等（děng）人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反應，檢驗鎂鈣質（zhì）耐火材料的脫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（guò）45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫（tuō）S效果，使用白雲石質鋼包（bāo）內襯（chèn）是很必要的，這樣一方麵可以（yǐ）盡可能（néng）降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強（qiáng）還原條件下（xià）鋼包渣（zhā）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（jìn）一步提高CaO含量，鋼中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（shí）驗表明，使用含C耐火材料，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（zēng）C。

耐火材料對鋼（gāng）中H(氫)含量的影響：耐火材料（liào）中的水分以及其中（zhōng）的（de）有機粘結劑會對鋼水（shuǐ）中的H含量產生顯著影（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，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的（de）吸H量（liàng）。

耐（nài）火（huǒ）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（guān）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，保護套（tào）管非常重要，連鑄的增N點（diǎn）就是長水口（kǒu）保護，此處增（zēng）N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人（rén）研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火（huǒ）材料對管線鋼鋼水潔淨化的（de）影響，實驗表明：在反應30min的情（qíng）況下，隻有鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料能（néng）去（qù）除鋼水中的夾雜物（wù），其餘的堿性耐火材（cái）料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化（huà）合（hé）物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除（chú）鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸（suān）二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合（hé）物被吸附鎂鈣（gài）質耐火材料表麵，形成保護層，或者（zhě）從鎂鈣質耐（nài）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（gāo），吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的抗侵蝕性能：梁義兵等（děng）人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性（xìng）。試驗結果得出，CaO含量高的白（bái）雲石磚（zhuān）抗高堿度的（de）AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石（shí）磚基質部分致密程（chéng）度高（gāo），較不燒白雲石（shí）磚具有更好的抗高堿（jiǎn）度渣侵蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲（shèn）透比高堿度渣嚴重得（dé）多。相對而言（yán），燒成的（de）鎂（měi）鈣磚抵抗低（dī）堿度渣（zhā）侵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（jiǎn）度渣侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料（liào）具有良好的抵抗高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（cái）料表層致（zhì）密化而有效抑製熔渣的滲透（tòu）。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要（yào）是熔渣對基質的強溶蝕（shí）並滲透（tòu）作用。

迪慶鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種（zhǒng）類複雜。除具（jù）備鎂鈣（gài）磚的特（tè）性外（wài），鎂（měi）鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定（dìng）性、抗熱震（zhèn）性。鎂（měi）鈣碳磚的性能同時取決於（yú）CaO及C的含量（liàng）。CaO含（hán）量越高，抗剝落性能越好，淨（jìng）化鋼水的效果也越好；C含量（liàng）越高，抗（kàng）渣（zhā）侵蝕和抗剝（bāo）落性能越強。

鎂（měi）鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢等人采用（yòng）煉鋼（gāng）轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別（bié）對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結（jié）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磚產（chǎn）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；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕損率反（fǎn）而分別比MgO—C磚高（gāo）0.4%和1.2%，因為其在高溫中（zhōng）及被渣中（zhōng）∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴（yán）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；而且磚中的CaO有利於鋼（gāng）水（shuǐ）的脫O、脫S、脫P等（děng），適合冶（yě）煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材（cái）料對潔淨（jìng）鋼的（de）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，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並（bìng）且分（fèn）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，耐火材料始終（zhōng）與鋼水（shuǐ）接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少（shǎo）總有些汙染，唯有白雲（yún）石質即鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾（jiá）雜物，而且（qiě）不汙染環境。