徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的角（jiǎo）度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮（lǜ）與鋼（gāng）水直接接觸（chù）的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材（cái）料或多（duō）或少地會對鋼水產生汙染。可是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣質）耐火材（cái）料的理論研究和實際（jì）試驗（yàn），得出鎂鈣質材（cái）料不但不（bú）汙染（rǎn）鋼水，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裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征（zhēng）

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然礦（kuàng）物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為（wéi）1.93。鎂鈣質耐火材料（liào）主（zhǔ）要包括白雲石（shí）質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其（qí）中，白雲石質耐火材料是指全部用煆（duàn）燒（shāo）或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂（měi）白雲（yún）石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的（de）變（biàn）化影（yǐng）響鎂（měi）鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣（zhā）的能力越（yuè）強，高（gāo）溫蠕變越大，抗剝落性能（néng）和脫硫、脫磷的效（xiào）果越好，但抗水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差。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（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對（duì）淨化鋼水（shuǐ）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（yuán）素及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量（liàng）要（yào）求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以（yǐ）及脫氣、調整化學（xué）成（chéng）分和均勻（yún）化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜（zá）質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼（gāng）水的（de）功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐火材料也適合用（yòng）於冶煉低（dī）氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近（jìn）年來（lái），為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對（duì）白雲（yún）石（shí）質耐火材料進行了許多試驗研究（jiū），取得了很好的結果（guǒ）。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的（de），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質材（cái）料中加入（rù）一定量的（de）CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空（kōng）條件下使用比純MgO質耐火材料更（gèng）合適。

鋼水中的（de）脫S反應中（zhōng），要使鋼水S含量（liàng）低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並（bìng）且鋼（gāng）水中溶解（jiě）的O含量（liàng）盡可能要低。要使O含量低，就要選（xuǎn）擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也（yě）很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采（cǎi）用CaO含量高即（jí）堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂（měi）鈣質耐火材料同樣也有利（lì）脫P。

鎂（měi）鈣質耐火材料的（de）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（xíng）成保護（hù）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主要來自熔渣或精（jīng）煉設備（bèi）內襯耐火（huǒ）材料的水分及有機添加物。熱力（lì）學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排（pái）除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含（hán）量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的（de）影響

耐（nài）火材料對鋼中氧（yǎng）含量的影（yǐng）響：王龍光等人認為（wéi）MgO—CaO耐火材料中的CaO熱（rè）力學穩定性高，具有很低的（de）氧平衡分壓，在鋼水中的溶解（jiě）度很小，被認為是防止鋼（gāng）水增氧的有效材料。

耐（nài）火材料對鋼中S的影響：田琳（lín）等人試驗研（yán）究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫（tuō）S效果（guǒ）。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（chū）現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的（de）脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的（de）再氧（yǎng）化能力，另一方麵可以避免強還原條（tiáo）件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料（liào）對鋼（gāng）中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量（liàng）的影響。實驗結果表明：當澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時，鋼（gāng）中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到（dào）0.01%，進一步提高（gāo）CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降（jiàng）低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當（dāng）同一製品（pǐn）第（dì）二次（cì）使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量（liàng）的影響：耐火材料中的（de）水（shuǐ）分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的（de）H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效（xiào）地降低鋼水的（de）吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量（liàng）的影響：傳統耐火（huǒ）材料N含量很低，近年（nián）來氮化物在耐（nài）火材料中應用（yòng）受到關注，如Sialon分（fèn）解對鋼水造（zào）成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重（chóng）要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處（chù）增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火（huǒ）材料對鋼水（shuǐ）中夾（jiá）雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔（jié）淨（jìng）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中的夾雜物，其餘（yú）的（de）堿性（xìng）耐火（huǒ）材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣（gài）耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物（wù），熔點約為（wéi）1400℃左右，可有（yǒu）效地去除鋼（gāng）中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高（gāo）熔點（diǎn）化合（hé）物（wù）被吸附鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵，形成保護層，或者（zhě）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（huǒ）材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵（qīn）蝕性能（néng）：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣（zhā）性。試驗結果得出（chū），CaO含（hán）量高的白雲石（shí）磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白（bái）雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有（yǒu）更好的抗高堿度渣（zhā）侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透（tòu）比高（gāo）堿度渣嚴（yán）重得多（duō）。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明（míng）顯好於不燒鎂（měi）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（zhuān）。鎂鈣質材料具（jù）有（yǒu）良好的抵（dǐ）抗高（gāo）堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與（yǔ）鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣（zhā）具有較強的侵（qīn）蝕和滲透（tòu）能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用（yòng）。

紅橋鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的性能及抗侵（qīn）蝕的研（yán）究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好（hǎo）的真（zhēn）空穩定性、抗熱震（zhèn）性。鎂鈣碳磚的性能（néng）同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗（kàng）剝落性能越好，淨化（huà）鋼水的效（xiào）果（guǒ）也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越（yuè）強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚的侵蝕進行實驗（yàn）。實驗結（jié）果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生結（jié）構剝（bāo）落，蝕損（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界（jiè）麵上產生了C2S保護層；可是中（zhōng）期渣和（hé）終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕（shí）損率反（fǎn）而分別比（bǐ）MgO—C磚高0.4%和1.2%，因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（jiū）結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震（zhèn）穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣能力強；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（zhì）耐火材料對潔淨（jìng）鋼的影（yǐng）響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量（liàng）非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而（ér）且尺寸很小和形態得到控製，合金（jīn）元素成（chéng）分精準並且分布均勻（yún），使鋼材具有高性（xìng）能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐（nài）火材料始終與鋼水接觸，一（yī）般耐火材料對鋼水（shuǐ）或（huò）多或少總有些汙染（rǎn），唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料（liào）能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾（jiá）雜物，而且不汙（wū）染（rǎn）環境。