徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純（chún）淨（jìng）度，沒有考慮與鋼水直接接觸（chù）的耐火材（cái）料對鋼水（shuǐ）的淨化作用，總是認為耐（nài）火材料或多或少地會對鋼水產生（shēng）汙染。可（kě）是（shì）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（dé）出鎂鈣質材料不但（dàn）不汙（wū）染鋼水，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（zhì）中應用日益增加。

白（bái）雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原（yuán）料（liào），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包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材（cái）料。

其中（zhōng），白（bái）雲石質耐火材料是指全部用煆（duàn）燒或電熔的白雲（yún）石做原料的定（dìng）型（xíng）或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂（měi）鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化（huà）影響鎂鈣質製品的高溫使用性（xìng）能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強（qiáng）；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫（wēn）蠕（rú）變越（yuè）大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗（kàng）水化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐（lú）外精煉等熱工設（shè）備的不同部位使用條（tiáo）件（jiàn），合理選擇鎂鈣質耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材（cái）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（sù）及SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）的含量要求嚴格（gé），需要爐外精煉除去鋼中雜質及（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（zhōng）的遊離CaO，易與（yǔ）鋼（gāng）水中的S、P等雜質反應，使（shǐ）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，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備（bèi）的耐火（huǒ）材料。近年來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐（lú）襯壽命、降低耐火（huǒ）材料消耗（hào），研究人員對白雲石（shí）質耐火（huǒ）材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

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

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含（hán）量低，熔渣必須是CaO含量（liàng）高的高堿度（dù）渣，並（bìng）且鋼（gāng）水中溶解的O含量盡可（kě）能要低。要使O含量低，就要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（liào）。溫（wēn）度升高不利（lì）於脫P，但（dàn）鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量（liàng）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（gāo）熔點（diǎn）化合物C2S或C3S,形成（chéng）保護層，從而抑製（zhì）熔渣（zhā）的滲透。

關於H含量的問題（tí），采用真空精煉，其H主要來自（zì）熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有（yǒu）機添加物。熱力學（xué）分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充（chōng）分排除其中的水分，就（jiù）不存（cún）在（zài）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（cái）料對鋼中氧含量的影響：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（de）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（yǒu）效材料。

耐（nài）火材料對鋼中S的影響：田（tián）琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反應，檢驗鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應（yīng）45min時，脫S效（xiào）果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼（gāng）包獲得有效的脫S效果，使用白雲（yún）石質鋼包內襯是（shì）很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避（bì）免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過（guò）度消耗（hào）。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加（jiā）才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響（xiǎng）。實驗結果表（biǎo）明：當（dāng）澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中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CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐（nài）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（tóng）一製品第二次使用時，鋼水僅發（fā）生（shēng）輕微增C。

耐火材（cái）料對鋼中（zhōng）H(氫)含量的影響：耐（nài）火材料中的水分以（yǐ）及其中的有（yǒu）機粘結劑會對鋼（gāng）水中的H含量產生顯著影響。連鑄（zhù）過程中，鋼包和中間包係統中（zhōng）使用保（bǎo）護（hù）套管保護主流時，有機粘結劑導（dǎo）致吸H。對鋼包、中間（jiān）包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料（liào）N含（hán）量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼（gāng）包與中間包之間，保護套管非常（cháng）重要，連鑄的（de）增N點（diǎn）就是長水口（kǒu）保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐（nài）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）管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響（xiǎng），實驗（yàn）表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐（nài）火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性（xìng）耐火材料均使鋼水夾（jiá）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（rú）CaO與（yǔ）Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去（qù）除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸（xī）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上（shàng）剝落下來上浮（fú）至（zhì）保護渣層中；在鎂鈣質耐（nài）火材料中（zhōng）的活性CaO含量越高，吸附（fù）鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的抗（kàng）侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態（tài）坩堝（guō）法研究（jiū）3種（zhǒng）不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂鈣磚的抗渣性（xìng）。試（shì）驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分（fèn）致密程度高，較不燒白雲石磚具有（yǒu）更好（hǎo）的抗高堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三（sān）種磚的侵蝕和（hé）滲透比高（gāo）堿度渣嚴重得多。相對而言（yán），燒（shāo）成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）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侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗（kàng）高堿度熔（róng）渣的侵蝕和（hé）滲透能力，這是（shì）因為渣與鎂鈣材（cái）料（liào）作用析（xī）出（chū）C3S，使材料表（biǎo）層致密化而有效（xiào）抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕（shí）並滲透作用（yòng）。

黃浦鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕（shí）的研究

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，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性（xìng）、抗熱震性。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（luò）性能越好，淨化（huà）鋼水的效果（guǒ）也越好；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗剝落性能越（yuè）強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用（yòng）煉鋼轉爐（lú）的初期渣、中期渣和終（zhōng）期（qī）渣分別（bié）對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為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；可是中期渣和（hé）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（tàn）磚高溫抗氧化性和（hé）熱震穩定性好，抗酸性熔渣能（néng）力強；而且磚（zhuān）中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼（gāng）的（de）電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼（gāng）係指鋼中有（yǒu）害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬夾（jiá）雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶（yě）煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或（huò）少總有些汙染，唯有白（bái）雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化（huà）鋼水，除去鋼中的非金（jīn）屬夾雜物，而且不汙染環境。