徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的角（jiǎo）度研究提（tí）高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼（gāng）水直接接觸的耐（nài）火材（cái）料對鋼水（shuǐ）的（de）淨化作（zuò）用，總是認（rèn）為耐火材料或多或少地會對鋼水（shuǐ）產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材（cái）料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並（bìng）且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣（gài）質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是（shì）天（tiān）然礦物原料，煆（duàn）燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為（wéi）1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括（kuò）白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料。

其中，白雲（yún）石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石（shí）做原料的定型或不定（dìng）形耐火材料；鎂白雲石（shí）和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白（bái）雲石合成的耐火材（cái）料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影（yǐng）響（xiǎng）鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水化能力越強；CaO含量越高，抗（kàng）高SiO2熔渣的能（néng）力越強（qiáng），高溫蠕變越（yuè）大，抗剝落性能和（hé）脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越（yuè）差。因此，應該（gāi）根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使（shǐ）用（yòng）條件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料（liào）對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對（duì）鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）的含（hán）量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中（zhōng）雜質及（jí）夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有（yǒu）除去雜質、淨化鋼水的（de）功能。由於CaO的氧（yǎng）勢（shì）很低，鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長（zhǎng）爐（lú）襯壽命、降低耐火材（cái）料消耗，研究人員（yuán）對（duì）白雲石質耐火材料進行（háng）了許多試驗研究，取（qǔ）得了很好的結果（guǒ）。

MgO在真空條件下容易揮發（fā），而CaO對MgO的揮發（fā）性是有影響的（de），含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大（dà）降低。因此，MgO質（zhì）材料（liào）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質耐火材料更合適。

鋼水（shuǐ）中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水（shuǐ）中溶解的O含量盡可能要低。要使O含（hán）量低（dī），就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶（róng）解度很（hěn）小，而CaO的氧（yǎng）勢（shì）也很小，因此，精煉設備（bèi）應該選（xuǎn）用鎂（měi）鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此（cǐ），用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料（liào）同樣也有（yǒu）利脫P。

鎂（měi）鈣質耐火材料的熱震（zhèn）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（bǎo）護層，從而抑製（zhì）熔渣的滲（shèn）透。

關於（yú）H含（hán）量的問題（tí），采用真空精（jīng）煉，其H主要（yào）來（lái）自熔渣或精煉設（shè）備內襯耐火材料的水分及有機添加（jiā）物。熱力（lì）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。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍（lóng）光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，被（bèi）認為是防（fáng）止鋼水增氧的（de）有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣（gài）磚與鋼水中S的（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（tuō）S效果更（gèng）好，脫S率達70.12%；超過（guò）45min，脫S率（lǜ）降低，出現“回S”現象。為了使鋼包（bāo）獲得（dé）有（yǒu）效的脫S效果，使（shǐ）用白雲石質鋼包內襯是很必（bì）要的，這（zhè）樣（yàng）一方麵可以盡可能降低鋼包（bāo）內襯（chèn）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（de）影響。實（shí）驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原（yuán）始的0.1%降低到0.01%，進一（yī）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的（de）影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼（gāng）水顯著增C，當同一製（zhì）品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼（gāng）水中的H含量（liàng）產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統（tǒng）中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼（gāng）包、中（zhōng）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)含量的影響：傳統耐火材料N含量很（hěn）低（dī），近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造成增N。更大的增N量在鋼包（bāo）與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口（kǒu）保護，此處增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（gè）耐火材料對管線（xiàn）鋼鋼水潔淨化的影響（xiǎng），實驗表明：在反應30min的情況下，隻（zhī）有（yǒu）鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其（qí）餘的堿性耐火材料均使鋼（gāng）水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火（huǒ）材料（liào）中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸三（sān）鈣)高熔（róng）點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成（chéng）保護層，或（huò）者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上（shàng）浮至保（bǎo）護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性（xìng）CaO含量越（yuè）高，吸附鋼水中夾雜（zá）物的（de）能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研（yán）究3種不鏽鋼冶（yě）煉用鎂鈣磚的抗（kàng）渣性（xìng）。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能力（lì）比較強。燒成白雲石磚基質部分致（zhì）密程度高，較不（bú）燒白（bái）雲石磚具有（yǒu）更好的抗高堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲（shèn）透比高堿度渣嚴重得多。相對而（ér）言，燒成的（de）鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度（dù）渣侵蝕性明顯好於（yú）不燒鎂鈣磚，CaO含量（liàng）高的燒成鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣（zhā）侵蝕能力（lì）好於CaO含（hán）量低的（de）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C3S，使（shǐ）材料表層（céng）致密化（huà）而有效抑製（zhì）熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

河西鎂磚之鎂鈣碳磚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（lèi）複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳（tàn）磚比鎂碳磚具（jù）有更好的（de）真空穩定性（xìng）、抗（kàng）熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能同時取決於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（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵（qīn）蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期（qī）渣、中期渣和終（zhōng）期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗（yàn）。實驗結果表（biǎo）明：初期渣（zhā）MgO—C磚蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）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（le）C2S保護層；可是（shì）中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損（sǔn）率反而分別比MgO—C磚高（gāo）0.4%和1.2%，因為其在（zài）高（gāo）溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等（děng）人研究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（xìng）熔（róng）渣能力強；而且磚中的（de）CaO有利（lì）於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐（lú）襯。

白雲石（shí）質耐火材料對潔淨（jìng）鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金屬夾雜（zá）物不僅（jǐn）數量少，而（ér）且（qiě）尺（chǐ）寸很小（xiǎo）和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品（pǐn）質。在鋼水從（cóng）冶（yě）煉到精煉的整（zhěng）個過程中，耐火材料始終與鋼水接（jiē）觸，一般耐（nài）火材（cái）料對鋼水或多或少總（zǒng）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（jiá）雜物，而且不汙染環境。