徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐（nài）火（huǒ）材料對鋼水的淨（jìng）化（huà）作用，總是（shì）認為（wéi）耐火材料或多或少地會（huì）對鋼水產生汙染。可（kě）是通（tōng）過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論（lùn）研究（jiū）和（hé）實際試驗，得出鎂鈣質材（cái）料不但（dàn）不汙染鋼水，反而（ér）能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

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（yuán）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括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材（cái）料、鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料。

其中，白雲（yún）石質耐（nài）火材料是指全部（bù）用煆燒或電（diàn）熔的白雲石做原料的定型或不定（dìng）形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化（huà）影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗水化能力越（yuè）強（qiáng）；CaO含量越高，抗（kàng）高SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高溫蠕變越大，抗（kàng）剝落（luò）性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此（cǐ），應該根據爐外精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（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）火材（cái）料對淨化鋼水作用的影響

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（zá）物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中（zhōng）雜質（zhì）及夾雜物以及脫氣、調（diào）整化學成分和均勻化等。鎂（měi）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，具（jù）有除去（qù）雜質、淨化鋼水的功（gōng）能。由（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適（shì）合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼、特殊鋼（gāng）等設（shè）備的耐火（huǒ）材料。近年來，為了淨化鋼水、延（yán）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許多試驗研究（jiū），取得了（le）很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使（shǐ）MgO相對揮發（fā）性大大降低。因（yīn）此（cǐ），MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在高溫真空條件（jiàn）下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反（fǎn）應中（zhōng），要使（shǐ）鋼水S含量低，熔渣必須是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在高溫下以氣（qì）態存在，在鋼水中的溶解（jiě）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（lì）於脫（tuō）P，但（dàn）鋼包中采用CaO含量高即堿度（dù）高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火（huǒ）材料同樣（yàng）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耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而（ér）抑製熔渣的滲透。

關於H含（hán）量（liàng）的問題，采用真空精煉，其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（wù）。熱力學分析認（rèn）為：要在1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充分排除其中的水分，就不存（cún）在鋼水中氫（H）含量增高問題（tí）。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響（xiǎng）

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

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研（yán）究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂（měi）鈣質耐火材料的脫S效果。結果表（biǎo）明：在1600℃下（xià），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，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的（de）脫S效果（guǒ），使用白雲石（shí）質鋼包內（nèi）襯（chèn）是（shì）很必要（yào）的，這樣一方麵可以盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧化能（néng）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（huǒ）材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中P含量的影響（xiǎng）。實驗結果表（biǎo）明：當澆注料（liào）中w（CaO）為25%時，鋼（gāng）中P含量大幅度降低，由（yóu）原始的0.1%降低（dī）到0.01%，進一步提高CaO含量（liàng），鋼中P含（hán）量僅有小幅（fú）度降低。

耐火（huǒ）材料對鋼水碳含量的影（yǐng）響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水（shuǐ）顯著增C，當同（tóng）一製品第二（èr）次使（shǐ）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（yǐ）及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係（xì）統中使用保護套管保（bǎo）護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包（bāo）、中間包烘烤，能有（yǒu）效地降低鋼水的吸H量。

耐火（huǒ）材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳（chuán）統耐（nài）火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到（dào）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（jiān）包（bāo）之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口（kǒu）保護，此處增（zēng）N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田（tián）琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）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能去除鋼（gāng）水中的夾雜（zá）物（wù），其餘的堿性耐火（huǒ）材（cái）料均使鋼水夾雜物數量增加。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（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可（kě）有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣（gài）)和C3S(矽酸三鈣)高熔點（diǎn）化合（hé）物被吸附鎂鈣質耐（nài）火材料表麵，形成保護（hù）層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮（fú）至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水（shuǐ）中夾雜（zá）物的能力（lì）越強。

鎂鈣質耐火（huǒ）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（xiù）鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試（shì）驗結（jié）果（guǒ）得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵（qīn）蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基（jī）質部分致密程度高（gāo），較（jiào）不燒白雲石磚具有更（gèng）好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低（dī）的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度（dù）渣嚴重得多。相對而言（yán），燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕性（xìng）明顯好於（yú）不燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的燒成鎂鈣磚抵抗（kàng）低（dī）堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好（hǎo）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（chū）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蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是（shì）熔渣對基質的強（qiáng）溶蝕並滲透（tòu）作用。

廣東鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的性能及抗侵蝕（shí）的（de）研究

鎂（měi）鈣碳磚（zhuān）主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複（fù）雜。除具備鎂鈣（gài）磚的特性外，鎂（měi）鈣碳磚比鎂碳（tàn）磚具有更好的真空穩定（dìng）性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取（qǔ）決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落（luò）性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗（kàng）剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的（de）抗侵蝕研究：崔淑（shū）賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對（duì）鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表（biǎo）明：初期（qī）渣MgO—C磚蝕損率比（bǐ）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（chóng）；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（qī）渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）中及（jí）被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人（rén）研究（jiū）結果（guǒ）表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震（zhèn）穩定性好，抗（kàng）酸性熔（róng）渣能力強；而且磚（zhuān）中的CaO有利於鋼水的脫O、脫（tuō）S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

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）含量非常（cháng）少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且（qiě）尺寸（cùn）很小和形態得到控（kòng）製，合金元素成分精準並且分布均勻，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，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或（huò）少總有些（xiē）汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火（huǒ）材料能淨化鋼水，除去鋼（gāng）中的（de）非金屬（shǔ）夾（jiá）雜物，而且不汙染環境。