徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼的（de）純淨度，沒有考慮與鋼水直接（jiē）接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認（rèn）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（shí）質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際（jì）試驗，得出（chū）鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨（jìng）化鋼水，並且也不汙染環（huán）境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼包等（děng）爐外（wài）精煉裝置中（zhōng）應用日（rì）益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特（tè）征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦物原料，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（huǒ）材料主要包括白雲石（shí）質耐（nài）火材料（liào）、鎂白雲石質耐（nài）火材料（liào）、鎂鈣質耐火材料。

其中，白（bái）雲石質耐（nài）火材料是（shì）指全部用煆燒（shāo）或電熔的白雲石做原料（liào）的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣（gài）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（měi）鈣質製品的高（gāo）溫使用性能，MgO含（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）力（lì）越強；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強（qiáng），高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫（tuō）硫、脫磷（lín）的效果越好（hǎo），但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同（tóng）部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等（děng）對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去（qù）鋼中（zhōng）雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和（hé）均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與（yǔ）鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除（chú）去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近（jìn）年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材（cái）料消耗，研究人員對白雲石質（zhì）耐火材料進行了（le）許多試驗研究，取得了很（hěn）好的結果。

MgO在真空（kōng）條件下容易揮發，而（ér）CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質（zhì）材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質（zhì）耐火材料，在高溫真空（kōng）條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量（liàng）低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼（gāng）水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就（jiù）要（yào）選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼（gāng）水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該（gāi）選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但（dàn）鋼包（bāo）中采用CaO含量（liàng）高即（jí）堿度高的熔渣有利脫P，因此，用（yòng）CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震（zhèn）穩（wěn）定（dìng）性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣（zhā）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，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真（zhēn）空精煉，其H主要來自熔渣或（huò）精煉設備內襯耐火材（cái）料（liào）的水分及有（yǒu）機添加物。熱力學分（fèn）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。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量（liàng）的影（yǐng）響：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材料中的CaO熱力（lì）學穩定性高，具有很低的（de）氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度（dù）很小，被認為（wéi）是防止鋼水增氧的有（yǒu）效材料。

耐火材料對（duì）鋼（gāng）中S的影響：田琳（lín）等人試驗研（yán）究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反應，檢驗鎂鈣質耐（nài）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S率降低（dī），出現“回（huí）S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果（guǒ），使用白雲石質鋼包內襯是很（hěn）必要的，這樣一（yī）方麵可以（yǐ）盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方（fāng）麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料（liào）的（de）過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：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：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降（jiàng）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（yǒu）小幅度降低（dī）。

耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯（xiǎn）著增C，當同一製品第二次（cì）使用時，鋼水僅發（fā）生輕微增C。

耐火材料對（duì）鋼中H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火材料中（zhōng）的（de）水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含（hán）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護主流（liú）時，有機粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低（dī）鋼水的吸H量。

耐火材料（liào）對鋼（gāng）中N(氮)含量的（de）影響：傳統耐火材料N含量（liàng）很低，近年來氮化物（wù）在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分（fèn）解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包（bāo）與中間包之間，保護套管非（fēi）常重要，連鑄（zhù）的增N點就是長水口保護（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中（zhōng）夾雜物的影響：田琳等人研（yán）究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化（huà）的影響，實驗（yàn）表明：在反應30min的情（qíng）況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除（chú）鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火（huǒ）材料均使鋼水夾雜（zá）物數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如（rú）CaO與（yǔ）Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物（wù），熔點約為1400℃左右（yòu），可有效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔（róng）點化（huà）合物被吸附鎂鈣質耐（nài）火材料表麵，形成保護層（céng），或者從鎂鈣質耐火材料表麵（miàn）上剝（bāo）落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水（shuǐ）中（zhōng）夾雜物的能力越強。

鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料的抗（kàng）侵蝕性能：梁義兵（bīng）等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂鈣（gài）磚（zhuān）的抗渣性。試驗結果得出（chū），CaO含量高的白雲石磚抗高堿度（dù）的AOD渣侵蝕和滲（shèn）透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高（gāo）堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣（zhā）嚴重得（dé）多。相對而言，燒成的鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於（yú）不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕能力好（hǎo）於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高（gāo）堿度熔渣的侵蝕和滲（shèn）透能力（lì），這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔（róng）渣的（de）滲透。低（dī）堿度熔渣（zhā）具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質（zhì）的強溶蝕並滲透作（zuò）用。

廣元鎂（měi）磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳（tàn）磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成（chéng）鎂（měi）鈣磚種類（lèi）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（zhèn）性。鎂鈣碳磚（zhuān）的（de）性能同時取決於（yú）CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終（zhōng）期（qī）渣分別對鎂鈣（gài）碳磚及鎂碳（tàn）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，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是（shì）中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因（yīn）為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和（hé）熱震穩定性好，抗酸性熔渣（zhā）能（néng）力強；而且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼水（shuǐ）的脫O、脫S、脫P等，適（shì）合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火（huǒ）材料對潔淨（jìng）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（shǎo），非（fēi）金屬（shǔ）夾（jiá）雜物不僅數量少（shǎo），而且尺寸很小和形（xíng）態得到控製，合金（jīn）元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具（jù）有高性（xìng）能、高品（pǐn）質（zhì）。在鋼水從冶煉到精（jīng）煉（liàn）的整個過程中，耐火材料始終與鋼水（shuǐ）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能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。