徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度（dù）研究提高（gāo）鋼的（de）純（chún）淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化（huà）作用（yòng），總是認為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（lǐ）論研究和實際（jì）試驗，得（dé）出鎂鈣質材料不但不汙染（rǎn）鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙（wū）染環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉（liàn）裝置（zhì）中應用（yòng）日益增加（jiā）。

白雲（yún）石與鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組（zǔ）成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材（cái）料、鎂白（bái）雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料（liào）是指全部用煆燒或電熔（róng）的白雲石（shí）做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石與白雲石（shí）合成的（de）耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響（xiǎng）鎂（měi）鈣質製品的（de）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，抗剝落性能和脫硫、脫磷的（de）效果越好，但抗（kàng）水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的（de）不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼水作用（yòng）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（hán）量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成（chéng）分和均（jun1）勻（yún）化等。鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的遊離CaO，易與（yǔ）鋼水中的S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉移到爐（lú）渣中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能（néng）。由（yóu）於CaO的氧勢（shì）很低，鎂鈣質耐火材料也適合用（yòng）於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉（liàn）潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設（shè）備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了（le）許多試驗研究，取得了很（hěn）好的結果。

MgO在（zài）真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性（xìng）大大降低。因此，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（yòng）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（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（de）耐火材料，Mg與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，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於（yú）脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔（róng）渣有利脫P，因此，用（yòng）CaO含量（liàng）高的鎂鈣質耐火材料同樣（yàng）也有利脫P。

鎂鈣（gài）質耐火材（cái）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耐火材料中的CaO反應（yīng）生成高熔點化（huà）合物C2S或C3S,形成保護（hù）層，從而抑製熔（róng）渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔（róng）渣或精煉設備（bèi）內襯耐火材料的水分（fèn）及有（yǒu）機添加物。熱力學分析認（rèn）為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的（de）水分，就不存（cún）在鋼水中（zhōng）氫（qīng）（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響（xiǎng）

耐火（huǒ）材料對鋼中氧含量的影響：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（hěn）低的氧平衡分壓，在鋼（gāng）水中的（de）溶解度很（hěn）小，被認為（wéi）是防止（zhǐ）鋼（gāng）水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼（gāng）中S的（de）影響（xiǎng）：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的反（fǎn）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（xiào）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（huò）得有效的脫S效果（guǒ），使用白雲（yún）石質鋼包內襯是很必要的，這（zhè）樣一方麵可以（yǐ）盡可能（néng）降（jiàng）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（zhā）導（dǎo）致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對（duì）鋼中P含量（liàng）的影響：匡加（jiā）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（jiāo）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%，進一步提高CaO含（hán）量（liàng），鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料（liào）對鋼水碳含量的影響：實驗表明，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C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其（qí）中的有機粘（zhān）結劑會（huì）對鋼水中的H含量（liàng）產生顯著（zhe）影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用（yòng）保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中（zhōng）間包烘烤，能有效地降（jiàng）低鋼水的吸H量。

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳統耐火材料N含量很低（dī），近年來氮（dàn）化物在耐火材（cái）料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的（de）增N量在鋼包與中間包之間，保護（hù）套管非常重要，連鑄的增（zēng）N點（diǎn）就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火（huǒ）材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材（cái）料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨（jìng）化的影響，實驗表明：在（zài）反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能（néng）去除鋼水中的（de）夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使（shǐ）鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生（shēng）成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點化合物被（bèi）吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣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（cái）料中的（de）活性CaO含（hán）量（liàng）越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐（nài）火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩（gān）堝法（fǎ）研究3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得（dé）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（qiáng）。燒成白雲（yún）石磚基質部分致密程度高，較不燒白（bái）雲石磚具有更好的抗高（gāo）堿度渣（zhā）侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言（yán），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含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力（lì）好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具（jù）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料作用析出C3S，使（shǐ）材料表層致密（mì）化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具（jù）有較強的侵蝕和滲（shèn）透能力，主要是熔（róng）渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

房山鎂磚（zhuān）之鎂（měi）鈣碳磚的性（xìng）能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具（jù）備鎂鈣（gài）磚的（de）特性外，鎂鈣碳（tàn）磚比鎂（měi）碳磚具有（yǒu）更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能（néng）同時取決於CaO及C的含量。CaO含（hán）量越高（gāo），抗剝落性能越（yuè）好，淨化鋼水的效果（guǒ）也越好；C含量越（yuè）高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉（liàn）鋼轉爐的初期渣、中（zhōng）期渣（zhā）和終期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗（yàn）。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）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（zhuān）的侵蝕（shí）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（qī）渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因（yīn）為其在高溫中（zhōng）及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠（huì）章（zhāng）等人研究結（jié）果表明鎂白雲石碳磚高溫抗（kàng）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（yú）鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係（xì）指鋼中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物（wù）不僅（jǐn）數量少，而且尺寸很小和形態（tài）得到控製，合金元素成分精準並且分布（bù）均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火（huǒ）材料始終與（yǔ）鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水（shuǐ）或（huò）多或少總（zǒng）有些汙染，唯有白（bái）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（jiá）雜物（wù），而且不汙染環境。