徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼水直接（jiē）接觸的耐火材料對（duì）鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產（chǎn）生汙染（rǎn）。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐（nài）火材料的理論研（yán）究和（hé）實際試驗，得出鎂鈣質材料不（bú）但不汙染鋼水（shuǐ），反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉（liàn）裝置（zhì）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（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1.93。鎂鈣質耐火材料主要（yào）包括白雲石質耐（nài）火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材（cái）料。

其中，白雲石質（zhì）耐火材料是（shì）指全部用（yòng）煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材（cái）料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與（yǔ）白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響（xiǎng）鎂鈣質製（zhì）品（pǐn）的高溫（wēn）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（kàng）高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫（tuō）硫、脫磷的效（xiào）果越好，但抗水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性（xìng）能越差。因（yīn）此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇（zé）鎂鈣質（zhì）耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材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（jí）SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量要求（qiú）嚴格，需要爐（lú）外精煉除去鋼（gāng）中雜質（zhì）及（jí）夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料（liào）中的遊離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜質反應，使（shǐ）其轉（zhuǎn）移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由（yóu）於CaO的（de）氧勢很（hěn）低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧（yǎng）鋼，是爐外精煉（liàn）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（le）淨化鋼水、延（yán）長爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗，研究人員對白雲石質（zhì）耐（nài）火材料進行了（le）許多試驗研究，取得了很好的結果。

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

鋼水中的脫（tuō）S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含（hán）量高的高堿（jiǎn）度渣，並且（qiě）鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低（dī），就要選擇（zé）氧勢盡可（kě）能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態（tài）存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很（hěn）小，因此（cǐ），精煉設備應該選（xuǎn）用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含（hán）量（liàng）高即堿（jiǎn）度高的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火（huǒ）材料同樣也有利脫（tuō）P。

鎂鈣質耐火材料的（de）熱震穩定性高、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（zhōng）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，采用真空精煉，其H主要來自熔（róng）渣或精（jīng）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（wéi）：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的（de）水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問（wèn）題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）水性（xìng）能的影響

耐火材料對鋼中氧含（hán）量（liàng）的影響：王龍（lóng）光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材料中的CaO熱（rè）力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效（xiào）材料（liào）。

耐火材（cái）料（liào）對鋼中S的影響：田琳等人（rén）試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣（gài）質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下（xià），反應45min時，脫S效果（guǒ）更（gèng）好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫S效果，使用（yòng）白雲石質鋼包內襯是很必（bì）要的，這樣一方麵可（kě）以盡可能降低（dī）鋼（gāng）包內（nèi）襯的再氧化能力，另（lìng）一方麵可以（yǐ）避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡（kuāng）加才研究（jiū）MgO—CaO質澆注料對（duì）鋼中（zhōng）P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含（hán）量大幅度降低，由原始（shǐ）的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅（jǐn）有小幅（fú）度降低。

耐火材料對鋼水碳含量（liàng）的影響：實驗（yàn）表明，使用含C耐火（huǒ）材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用（yòng）時，鋼水僅發生輕（qīng）微增C。

耐火材料對鋼中H(氫（qīng）)含量的影響：耐（nài）火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響（xiǎng）。連鑄過程中（zhōng），鋼包和中間包係（xì）統中使用保（bǎo）護套管保護主（zhǔ）流時，有機粘結劑（jì）導致（zhì）吸H。對鋼包、中（zhōng）間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近（jìn）年來氮化物在耐火材（cái）料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成（chéng）增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常（cháng）重要（yào），連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對（duì）管線鋼（gāng）鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情（qíng）況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水（shuǐ）中的夾雜（zá）物，其餘（yú）的堿（jiǎn）性（xìng）耐火材料均使鋼水（shuǐ）夾（jiá）雜物數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料（liào）中的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（zuǒ）右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔（róng）點化合物被吸附鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝（bāo）落下（xià）來（lái）上浮至保護渣層中（zhōng）；在鎂（měi）鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物的能力（lì）越強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究（jiū）3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石（shí）磚抗高堿度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能力比較強（qiáng）。燒成白雲石磚基（jī）質部分（fèn）致密程度高，較不（bú）燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿（jiǎn）度（dù）較低（dī）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，燒成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的（de）燒成鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質（zhì）材料具有良（liáng）好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是（shì）因為渣（zhā）與鎂鈣材料（liào）作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿（jiǎn）度熔（róng）渣具有較強的侵蝕和滲透（tòu）能力，主要是（shì）熔渣（zhā）對基質的強溶蝕並滲透作用。

果洛鎂（měi）磚之鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣（gài）磚的特（tè）性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂碳磚具有更好（hǎo）的真空穩（wěn）定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於（yú）CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水（shuǐ）的效果（guǒ）也越（yuè）好；C含量越高，抗渣侵（qīn）蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的（de）抗侵（qīn）蝕研究：崔（cuī）淑賢等人采用煉鋼轉爐的初（chū）期渣、中期（qī）渣和終期渣分別對鎂鈣（gài）碳磚及鎂碳（tàn）磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴（yán）重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵（qīn）蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了（le）C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率（lǜ）反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高（gāo）溫中及被渣中∑FeO溶解（jiě），所以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重。

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

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含量非常（cháng）少，非（fēi）金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸（cùn）很小和形態得到控製，合金元（yuán）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（liàn）到精煉的整個過程中，耐（nài）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（wū）染，唯（wéi）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（wù），而且不汙（wū）染環境。