徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究（jiū）提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸（chù）的耐火材料對鋼水的淨化作用，總（zǒng）是（shì）認為（wéi）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）耐火材料的理論研究和實際（jì）試驗，得出（chū）鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反（fǎn）而能淨化鋼水，並且也（yě）不汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用（yòng）日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理（lǐ）論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為1.93。鎂鈣質耐火材料主（zhǔ）要包括白雲石質耐（nài）火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用（yòng）煆燒（shāo）或電熔的白雲石做原料的定型（xíng）或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣（gài）質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響鎂鈣質製品的高溫（wēn）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含量越高，抗（kàng）高SiO2熔渣的（de）能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落（luò）性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同（tóng）部（bù）位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨（jìng）化鋼（gāng）水作用的影響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜（zá）物的含量要求嚴格，需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（fèn）和均勻化（huà）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（zhōng），具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水（shuǐ）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，是爐外精煉冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的（de）耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽（shòu）命（mìng）、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲（yún）石（shí）質耐火（huǒ）材料進行了許多試驗研究，取（qǔ）得了很（hěn）好的結果（guǒ）。

MgO在真空（kōng）條件下（xià）容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響（xiǎng）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（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Ca在高溫（wēn）下以氣態存在，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此（cǐ），精煉設備應該選（xuǎn）用鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料。溫（wēn）度升高不利於脫（tuō）P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔（róng）渣（zhā）有利脫P，因此，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性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材（cái）料中的CaO反（fǎn）應生成高熔點化合物C2S或（huò）C3S,形成保護層，從而（ér）抑製熔渣的滲透（tòu）。

關於H含（hán）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分及有機添加物（wù）。熱力學分析認（rèn）為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中（zhōng）的水分，就不存在鋼水中氫（H）含（hán）量增高問（wèn）題。

鎂鈣（gài）質耐火材料對（duì）鋼水性能的影響

耐火材料（liào）對鋼（gāng）中氧含量（liàng）的影響：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（de）氧平衡分壓，在鋼水中的溶解（jiě）度很小，被認為（wéi）是防止鋼水（shuǐ）增氧的有效材料。

耐火材（cái）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（de）反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明（míng）：在1600℃下，反（fǎn）應45min時，脫S效果更（gèng）好（hǎo），脫S率達70.12%；超過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（guǒ），使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一（yī）方麵可以盡可（kě）能降低鋼包內襯（chèn）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（zhì）耐火材料的（de）過度消耗。

耐（nài）火材（cái）料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）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（dào）0.01%，進（jìn）一步提高CaO含量，鋼（gāng）中P含量（liàng）僅有小幅度降低（dī）。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表（biǎo）明，使用含C耐火材料，鋼（gāng）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（cái）料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響（xiǎng）。連（lián）鑄過程中，鋼包和中間包係（xì）統中使用（yòng）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（dī）鋼水的吸H量。

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年（nián）來氮化物在耐火材料中（zhōng）應用受到關（guān）注，如Sialon分解對（duì）鋼水造成增N。更大的增N量在（zài）鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾（jiá）雜物的影響：田琳等人研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材料對管（guǎn）線鋼鋼（gāng）水（shuǐ）潔淨化（huà）的影（yǐng）響（xiǎng），實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂（měi）鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其（qí）餘的堿性耐火（huǒ）材料（liào）均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可與鎂鈣耐（nài）火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應（yīng）生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔（róng）點約為（wéi）1400℃左右，可有效地去除鋼（gāng）中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二鈣)和（hé）C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附（fù）鎂鈣質耐火材料表麵，形成保（bǎo）護（hù）層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵（miàn）上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質（zhì）耐火材料中的（de）活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能（néng）力越強。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉（liàn）用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結（jié）果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成（chéng）白雲石磚基質部（bù）分（fèn）致密程（chéng）度高，較（jiào）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爐渣對三種磚的侵蝕（shí）和滲透比高堿度（dù）渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣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度渣侵蝕能（néng）力好於CaO含量低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂（měi）鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔（róng）渣的侵蝕和滲透（tòu）能力，這是因為（wéi）渣與鎂鈣材料作用（yòng）析出C3S，使材料表層（céng）致密化而有效抑製熔渣（zhā）的滲透。低堿度熔（róng）渣具有較強的侵蝕和滲透（tòu）能力，主（zhǔ）要是熔（róng）渣（zhā）對基質的強溶蝕並滲（shèn）透作用。

豐都鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備（bèi）鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝（bāo）落性能越好，淨化鋼水的效（xiào）果也越好（hǎo）；C含量越高（gāo），抗（kàng）渣侵蝕和抗（kàng）剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：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進行實驗。實驗結果表明（míng）：初期渣（zhā）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（luò），蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是（shì）中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損（sǔn）率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）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（xìng）和熱震穩定性好，抗酸性（xìng）熔（róng）渣能力強；而（ér）且磚中的CaO有利於鋼水的（de）脫O、脫S、脫P等（děng），適（shì）合冶（yě）煉鋼的電（diàn）爐爐襯。

白（bái）雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態（tài）得到控（kòng）製，合金元素成分精（jīng）準並且分布（bù）均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的（de）整個過程中，耐（nài）火材料（liào）始終與鋼水接觸，一般耐火（huǒ）材料對鋼水或（huò）多或少總有些汙染，唯有白雲石（shí）質即鎂鈣質耐火材料能淨化（huà）鋼水，除去鋼中（zhōng）的非金屬夾（jiá）雜（zá）物，而且不（bú）汙染環（huán）境。