徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的角度研究（jiū）提高（gāo）鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐（nài）火材料對鋼水的淨（jìng）化（huà）作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可（kě）是通過對白雲石質（鎂鈣質（zhì））耐火（huǒ）材料的理論研究和實際試驗，得（dé）出鎂（měi）鈣質材料不（bú）但不（bú）汙染鋼水，反而能（néng）淨化鋼水，並且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐外精煉裝置中（zhōng）應用日益增加。

白雲石與鎂（měi）鈣質耐火材料的特征（zhēng）

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（nài）火材料主要包括白雲石（shí）質耐火材料（liào）、鎂白（bái）雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲（yún）石質（zhì）耐火材料是指全部用煆燒或（huò）電熔的（de）白雲石做原料的定型或不定形耐（nài）火材料；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料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質（zhì）製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化（huà）能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力（lì）越強，高溫蠕變越大（dà），抗剝（bāo）落性能和脫硫、脫磷的效果越（yuè）好，但抗水化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精（jīng）煉等熱工設備的不同（tóng）部位使用條件，合理選擇鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨（jìng）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（gé），需要爐外精煉除去（qù）鋼中雜質及夾（jiá）雜物以及脫氣、調整化學（xué）成分（fèn）和（hé）均勻化等。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（shǐ）其轉移到（dào）爐渣中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低（dī），鎂鈣質耐火材料也適合用於（yú）冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材（cái）料。近年來，為了淨化鋼（gāng）水、延長爐襯壽命、降（jiàng）低耐火材料消耗，研究（jiū）人（rén）員對白雲石質（zhì）耐火材料進（jìn）行了（le）許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件（jiàn）下容易揮發（fā），而CaO對MgO的（de）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（fā）性大大降低。因此，MgO質材料中（zhōng）加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料（liào），在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合（hé）適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度（dù）渣，並且鋼水（shuǐ）中溶（róng）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（zài）高溫下以氣（qì）態存在（zài），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（měi）鈣質耐火材料（liào）。溫度升高不利於脫P，但鋼包（bāo）中采用CaO含（hán）量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的（de）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（xìng）高、抗（kàng）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反應生成高（gāo）熔點化合物C2S或C3S,形成（chéng）保護層，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主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料（liào）的水分及有（yǒu）機（jī）添加物（wù）。熱（rè）力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在（zài）鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料（liào）對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平（píng）衡分壓，在鋼水中的溶（róng）解度很小，被認為是防止鋼水增（zēng）氧的有效材（cái）料。

耐火（huǒ）材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣（gài）磚與鋼水中S的反（fǎn）應，檢驗鎂鈣質耐火材料的（de）脫S效果。結果（guǒ）表明：在（zài）1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現（xiàn）象。為（wéi）了使（shǐ）鋼（gāng）包獲得有效的脫S效果，使用白雲（yún）石質鋼包內襯是（shì）很必要的，這樣一方麵可以盡可能降（jiàng）低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免（miǎn）強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度（dù）消耗。

耐火材料對鋼（gāng）中P含量的影響：匡（kuāng）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（jiāo）注料中（zhōng）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含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量（liàng）的（de）影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著（zhe）增C，當同一製品第二次使用時，鋼（gāng）水僅發生輕微增（zēng）C。

耐火材料對鋼（gāng）中H(氫)含量的影響：耐火材料中的（de）水（shuǐ）分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯（xiǎn）著影響（xiǎng）。連鑄過程中，鋼包和（hé）中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（kǎo），能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的（de）影響：傳統耐（nài）火材料N含量很低，近年來（lái）氮化物（wù）在耐火材料中（zhōng）應用受到關注，如Sialon分解對鋼（gāng）水造（zào）成（chéng）增N。更大的增N量在鋼包與中間包（bāo）之間，保護套管非常重要，連（lián）鑄的（de）增N點（diǎn）就（jiù）是長（zhǎng）水口（kǒu）保護，此處增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐（nài）火材料（liào）對鋼水（shuǐ）中（zhōng）夾雜物的影（yǐng）響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻（gè）耐火（huǒ）材料（liào）對管線鋼鋼（gāng）水潔淨（jìng）化的（de）影（yǐng）響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能（néng）去除鋼水（shuǐ）中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼（gāng）水夾雜物數量增（zēng）加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜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（hé）化合物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾（jiá）雜物（wù）。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)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，形成保護（hù）層（céng），或者從鎂鈣質耐火材料表（biǎo）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（liàng）越（yuè）高，吸（xī）附鋼水中夾雜物（wù）的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義（yì）兵等人采用靜態坩（gān）堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的（de）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較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高（gāo），較不燒白雲石磚具有（yǒu）更（gèng）好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較（jiào）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（duō）。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣（gài）磚抵（dǐ）抗（kàng）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（měi）鈣質（zhì）材料具（jù）有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲（shèn）透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料（liào）表層（céng）致（zhì）密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透（tòu）能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作（zuò）用。

佛山鎂（měi）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）成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的性能（néng）同時取決於CaO及C的含量。CaO含（hán）量越高，抗剝落性能越（yuè）好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強（qiáng）。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗（kàng）侵蝕研（yán）究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣（zhā）、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及（jí）鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕（qīng），是因（yīn）為在磚的界麵上產生了C2S保護（hù）層（céng）；可是中期渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為（wéi）其在高溫中及被渣中∑FeO溶（róng）解，所以比MgO—C磚侵蝕（shí）嚴重。

孫惠章（zhāng）等人研究結果表明鎂白（bái）雲石碳（tàn）磚高溫抗氧化性和熱震穩定（dìng）性好，抗（kàng）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）煉鋼（gāng）的（de）電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨（jìng）鋼的影響

潔淨鋼係指（zhǐ）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（shǎo），而且尺寸很小和形態得（dé）到控製（zhì），合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材（cái）具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精（jīng）煉的整個過程中（zhōng），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材料（liào）能淨化鋼水，除去鋼中的非（fēi）金屬（shǔ）夾雜（zá）物，而且不汙染環境。