徐平坤

以前，從煉鋼工藝的（de）角度研究（jiū）提高（gāo）鋼（gāng）的純淨度，沒（méi）有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐（nài）火材料或多或少（shǎo）地會（huì）對鋼水（shuǐ）產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理論研究（jiū）和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但（dàn）不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不（bú）汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白（bái）雲（yún）石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦（kuàng）物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為（wéi）1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂鈣質耐（nài）火材料。

其中，白（bái）雲石（shí）質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定（dìng）型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用（yòng）鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，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（néng）力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能（néng）和脫硫、脫磷（lín）的效（xiào）果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應（yīng）該根據爐外精（jīng）煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選（xuǎn）擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材（cái）料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼（gāng）等對鋼中（zhōng）的雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物的含（hán）量要求嚴格，需（xū）要爐外精煉除去鋼中雜質（zhì）及（jí）夾雜（zá）物以及脫氣、調整化學成分和（hé）均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊（yóu）離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉移到爐渣中（zhōng），具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由（yóu）於CaO的氧勢很低（dī），鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材（cái）料也適合用（yòng）於冶（yě）煉低氧鋼，是爐外精（jīng）煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼等設備的耐火材料。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（shí）質耐（nài）火材料進行了（le）許多試驗（yàn）研究，取得了很好的結果。

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（fèn）數）就（jiù）可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐（nài）火材（cái）料更合適。

鋼（gāng）水中的（de）脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是（shì）CaO含量高的高堿度渣（zhā），並且鋼水中溶解的O含（hán）量盡可能（néng）要低。要使O含量（liàng）低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料（liào），Mg與Ca在（zài）高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢（shì）也（yě）很小，因此，精煉設備應該選用鎂（měi）鈣質耐火材料。溫度升（shēng）高不利於（yú）脫P，但鋼包中采用（yòng）CaO含量高即堿度高（gāo）的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

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

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來（lái）自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：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的（de）影響：王龍光（guāng）等人認為MgO—CaO耐（nài）火材料中的（de）CaO熱（rè）力學穩定（dìng）性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼（gāng）水中的溶解度很小，被認為是（shì）防止鋼水增氧的有效材（cái）料。

耐火材料（liào）對鋼（gāng）中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）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：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出（chū）現“回S”現（xiàn）象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質（zhì）鋼包內襯是很必要的，這樣一（yī）方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化（huà）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（hào）。

耐火材料對鋼中（zhōng）P含量（liàng）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（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼中（zhōng）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，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材（cái）料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用（yòng）含C耐火材料，鋼水（shuǐ）顯著增C，當同一製（zhì）品第二次使用（yòng）時，鋼水僅發生輕（qīng）微增C。

耐（nài）火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中（zhōng）的H含量產（chǎn）生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使（shǐ）用保護套管保護主流時，有機（jī）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。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響（xiǎng）：傳統（tǒng）耐火材料N含量（liàng）很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關（guān）注（zhù），如Sialon分解對鋼水造成增N。更大（dà）的增（zēng）N量在鋼（gāng）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（de）影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材（cái）料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實驗（yàn）表明：在反應30min的情況下，隻有鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的（de）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（cái）料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點（diǎn）化合物被吸附鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）表麵，形成保護層，或者從（cóng）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（huǒ）材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中（zhōng）夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐（nài）火材料的抗侵蝕性能（néng）：梁義兵等人（rén）采用靜態坩（gān）堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性。試驗結果得出，CaO含量（liàng）高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比（bǐ）較強。燒成白雲石磚基（jī）質部分致（zhì）密程度（dù）高，較不燒白雲石磚具有更好的（de）抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三（sān）種磚（zhuān）的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而（ér）言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明顯好於不燒（shāo）鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的（de）燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度（dù）熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作（zuò）用析出C3S，使材（cái）料表層致密化而有效抑製熔（róng）渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的（de）侵（qīn）蝕和滲透能力（lì），主要是熔渣（zhā）對基質的強溶蝕並滲透作用。

阜（fù）新鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成（chéng）鎂鈣磚（zhuān）種類複雜。除（chú）具備鎂鈣磚的（de）特（tè）性外，鎂鈣碳（tàn）磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時（shí）取（qǔ）決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗（kàng）剝落性能越（yuè）好（hǎo），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）。

鎂鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期（qī）渣、中期渣和終期（qī）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：初期渣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，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磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高（gāo）0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果（guǒ）表明鎂（měi）白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸（suān）性熔渣能力強；而且磚中的（de）CaO有利於鋼水的脫O、脫（tuō）S、脫P等，適合冶煉鋼的（de）電爐爐襯（chèn）。

白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（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅（jǐn）數（shù）量少，而且（qiě）尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並（bìng）且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在（zài）鋼水從（cóng）冶煉到精煉的整個過（guò）程（chéng）中，耐火材料始終與鋼（gāng）水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙（wū）染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材（cái）料能淨化鋼水，除去（qù）鋼中的非金屬夾雜物（wù），而且不汙染環境。