徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的角度研究提（tí）高鋼的純淨度，沒（méi）有考慮與鋼水直接接觸（chù）的耐火材（cái）料對鋼水的淨化作用（yòng），總是認為耐（nài）火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可（kě）是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣（gài）質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質（zhì）材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不（bú）汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精（jīng）煉裝置中應（yīng）用日益增加。

白（bái）雲石與鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材（cái）料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成為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（bái）雲（yún）石質（zhì）耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或（huò）電熔的白雲石（shí）做原料的定型或不（bú）定形耐火材料（liào）；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化（huà）影響鎂鈣質製品（pǐn）的（de）高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗（kàng）水化能力越強；CaO含量越高，抗（kàng）高SiO2熔渣的能力越強，高（gāo）溫蠕變越大，抗剝落性能和（hé）脫硫、脫磷的效果（guǒ）越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根（gēn）據爐外精煉等熱工（gōng）設備的不（bú）同部位使用（yòng）條件，合（hé）理（lǐ）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化鋼（gāng）水作用的影響

潔淨鋼（gāng）、特殊鋼等（děng）對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含（hán）量要求嚴格，需要爐（lú）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（huà）等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中（zhōng），具（jù）有除去雜（zá）質、淨化鋼水（shuǐ）的功能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火（huǒ）材料。近年來，為了淨（jìng）化鋼（gāng）水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消（xiāo）耗，研究人員對白雲石質（zhì）耐火（huǒ）材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真（zhēn）空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的（de），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（tiáo）件下使用比純（chún）MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼（gāng）水S含量低，熔渣必（bì）須是（shì）CaO含量高的高堿（jiǎn）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（nài）火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度（dù）很（hěn）小，而CaO的氧勢也很小，因此，精（jīng）煉設備應（yīng）該選用鎂鈣（gài）質耐火材料。溫度升高不（bú）利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料（liào）同樣也有利脫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耐火材料中（zhōng）的CaO反應生成高熔點（diǎn）化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔（róng）渣的滲透。

關於H含量的問（wèn）題，采用真空精煉，其（qí）H主要來自（zì）熔渣或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（wéi）：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水（shuǐ）分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）對（duì）鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人（rén）認為（wéi）MgO—CaO耐火材料（liào）中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧（yǎng）平衡分壓，在（zài）鋼水中的溶解度（dù）很小，被認為是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對（duì）鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在（zài）1600℃下（xià），反應（yīng）45min時，脫（tuō）S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用（yòng）白雲石質鋼包內襯是（shì）很必要的，這（zhè）樣（yàng）一方麵可以盡可能（néng）降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原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含量的影（yǐng）響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗（yàn）結果表明：當澆注（zhù）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（yī）步提高CaO含（hán）量，鋼（gāng）中P含量僅有小幅度降低（dī）。

耐火材料對鋼（gāng）水碳含量的影響：實驗（yàn）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（cì）使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼（gāng）中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其（qí）中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生（shēng）顯著影響。連鑄過程中，鋼包（bāo）和中間包係統（tǒng）中使用（yòng）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，能有效地降低鋼水的（de）吸H量。

耐火材料（liào）對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材（cái）料N含量很低，近年來氮化物（wù）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，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（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田（tián）琳等人研（yán）究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反（fǎn）應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料（liào）能（néng）去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜（zá）物（wù）數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效（xiào）地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵，形（xíng）成保護層（céng），或者從鎂鈣質耐（nài）火材料表麵（miàn）上剝落下來上浮至保護渣層（céng）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。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能（néng）：梁義兵等人采用靜態（tài）坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲（yún）石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比（bǐ）較強。燒成白雲石磚（zhuān）基質部分致密（mì）程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度（dù）渣侵蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵（qīn）蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相（xiàng）對而言，燒（shāo）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（hán）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（zhuān）。鎂（měi）鈣質材料具有良好的（de）抵（dǐ）抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析（xī）出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵（qīn）蝕和滲透能力，主要是熔渣（zhā）對基質的強溶蝕並滲（shèn）透作用。

豐滿鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂鈣磚（zhuān）種類複雜。除（chú）具備鎂（měi）鈣磚的特性外，鎂（měi）鈣碳磚（zhuān）比鎂（měi）碳（tàn）磚具有更好的真（zhēn）空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果（guǒ）也越好；C含量越高，抗（kàng）渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂（měi）鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑（shū）賢等人（rén）采用（yòng）煉鋼轉爐的初期（qī）渣、中期渣（zhā）和（hé）終期渣分別對鎂鈣（gài）碳（tàn）磚及鎂碳磚（zhuān）的侵（qīn）蝕進行實驗。實驗（yàn）結果表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝（bāo）落，蝕損（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵（miàn）上（shàng）產生了C2S保護（hù）層；可是中（zhōng）期渣和（hé）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（qí）在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所（suǒ）以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕（shí）嚴重。

孫惠章等人（rén）研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧（yǎng）化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚（zhuān）中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶（yě）煉（liàn）鋼的（de）電爐爐襯。

白雲石質耐火材（cái）料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量（liàng）非常少，非金屬（shǔ）夾雜物不僅數量少（shǎo），而且尺寸很小（xiǎo）和（hé）形態（tài）得到控製，合金元（yuán）素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在（zài）鋼水從冶煉到精煉的整個過（guò）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（yǒu）白雲石質即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。