徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的（de）純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼（gāng）水的淨化（huà）作用，總是認為耐火材料或多或（huò）少地會對鋼水產生汙染。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（gāng）水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼包等爐外精煉裝置（zhì）中應用（yòng）日益增加。

白雲（yún）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（duàn）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（kuò）白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質（zhì）耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做（zuò）原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲（yún）石（shí）和鎂鈣質耐火材料（liào）是用鎂石與白雲石合成的耐火（huǒ）材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣（gài）質製品的高溫使用性能，MgO含（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化（huà）能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力（lì）越強，高溫蠕（rú）變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但（dàn）抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越（yuè）差。因此，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（huà）鋼水作用的（de）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等夾雜物的含量（liàng）要求嚴格（gé），需要爐外（wài）精煉除去鋼中雜質（zhì）及夾雜（zá）物以及脫氣、調整化學（xué）成分和均（jun1）勻化等。鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反（fǎn）應（yīng），使其轉移到爐渣中（zhōng），具有除（chú）去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢（shì）很低，鎂鈣（gài）質耐火材料也適合用於冶煉低氧（yǎng）鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純（chún）淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為（wéi）了淨（jìng）化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料（liào）消耗（hào），研究人（rén）員對白雲（yún）石質耐火材料進行（háng）了許多試驗研（yán）究，取得了很好的結果。

MgO在真空條（tiáo）件（jiàn）下容（róng）易揮發，而CaO對MgO的揮發性（xìng）是有影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩爾分（fèn）數）就可使MgO相對揮發（fā）性大（dà）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（jiàn）下使用（yòng）比純（chún）MgO質耐火（huǒ）材料更（gèng）合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含（hán）量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使（shǐ）O含量低，就要選擇氧勢盡（jìn）可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下（xià）以氣態存在，在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用（yòng）鎂鈣質（zhì）耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的（de）熔渣有利脫P，因此（cǐ），用CaO含量高（gāo）的（de）鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫（tuō）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（zhā）中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材（cái）料中的CaO反應生成高熔點化合物（wù）C2S或C3S,形成保護層，從而抑製（zhì）熔（róng）渣的滲透。

關（guān）於H含量的問題，采用（yòng）真空精煉，其H主要來自熔渣或（huò）精煉設（shè）備（bèi）內襯耐火材料（liào）的水分及有機添加物。熱力學（xué）分析認為：要在1200℃下長期烘烤（kǎo），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（cái）料對鋼水（shuǐ）性能的影響

耐火（huǒ）材料對（duì）鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具（jù）有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，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：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的（de）反應，檢（jiǎn）驗鎂鈣質（zhì）耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時（shí），脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降（jiàng）低，出現“回S”現象。為了使鋼（gāng）包獲得有效的脫S效（xiào）果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可（kě）以盡可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（zhā）導致耐火材料的過度消耗。

耐（nài）火材料（liào）對（duì）鋼中P含量的影響：匡加才研（yán）究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含（hán）量的影響。實驗結果表明：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由（yóu）原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐（nài）火材料對（duì）鋼水碳含量的影響：實驗表明，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時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量（liàng）的（de）影響：耐火（huǒ）材料中（zhōng）的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼（gāng）水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程（chéng）中，鋼包和中間包係統中（zhōng）使用保護（hù）套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對（duì）鋼包、中間（jiān）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（dàn）)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受（shòu）到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間（jiān）包之間，保護套管非常重要（yào），連鑄的增N點就是（shì）長水口保護，此（cǐ）處增（zēng）N可達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料對鋼水中夾雜物的影響：田琳（lín）等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材料對管線鋼鋼水潔淨（jìng）化的影（yǐng）響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼（gāng）水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材（cái）料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可與鎂鈣耐火材料中的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（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合（hé）物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵（miàn）上剝落下來（lái）上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料（liào）中的活性CaO含量越高，吸附（fù）鋼（gāng）水中夾雜物的能（néng）力越強。

鎂（měi）鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）性（xìng）能：梁義兵等人（rén）采用靜（jìng）態坩堝（guō）法研究3種不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得（dé）出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能（néng）力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白（bái）雲石磚具有更好的抗高堿度渣（zhā）侵（qīn）蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕性（xìng）明顯好於不燒鎂（měi）鈣磚，CaO含量（liàng）高（gāo）的燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕能力好於（yú）CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良（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）渣的滲透。低堿度熔渣（zhā）具有較強的侵蝕和滲（shèn）透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

紅河鎂磚之鎂鈣（gài）碳（tàn）磚的性（xìng）能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更（gèng）好的真空穩定性、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，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗剝落性能越強。

鎂（měi）鈣（gài）碳磚（zhuān）的抗侵蝕研究（jiū）：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分（fèn）別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚的（de）侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生結（jié）構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕，是因為（wéi）在磚的界麵上產（chǎn）生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕（shí）損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所（suǒ）以比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴重。

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

白雲石質耐火材料對潔淨鋼（gāng）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（fēi）金（jīn）屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形（xíng）態得到控製，合金元素成分（fèn）精準並且分布均（jun1）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（nài）火材料對鋼（gāng）水或多或（huò）少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火（huǒ）材料能淨化鋼（gāng）水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。