徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工（gōng）藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考（kǎo）慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的（de）淨化作用，總是認為耐火材料或多（duō）或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（bú）但不（bú）汙染鋼水，反而能（néng）淨化鋼水，並且（qiě）也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精（jīng）煉（liàn）裝置中應用日益增（zēng）加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白（bái）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（bǐ）值為1.93。鎂鈣（gài）質耐火材料主要包（bāo）括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐（nài）火材料、鎂鈣質耐火材料。

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原料的定型（xíng）或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石（shí）與白雲石合（hé）成的耐（nài）火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂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）的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能越（yuè）差。因此，應該根據爐外精（jīng）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SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物（wù）以及脫氣（qì）、調（diào）整化學成分和（hé）均勻（yún）化（huà）等。鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的遊（yóu）離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜質反應（yīng），使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化（huà）鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂（měi）鈣質耐火材料也適合用（yòng）於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純（chún）淨鋼、特（tè）殊鋼（gāng）等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延（yán）長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材（cái）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（huī）發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發（fā）性大大降低。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（gāo）溫真空條件下（xià）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含量高的高（gāo）堿度渣（zhā），並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要（yào）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（dù）很（hěn）小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該（gāi）選用鎂鈣質耐火材料。溫度（dù）升高不利於脫P，但鋼（gāng）包中采（cǎi）用CaO含量（liàng）高即堿度（dù）高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含（hán）量高的鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定（dìng）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（yīng）生成（chéng）高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製熔渣的滲透。

關於H含（hán）量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分（fèn）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（qīng）（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影（yǐng）響（xiǎng）

耐火材料對鋼中氧含量（liàng）的影響（xiǎng）：王龍光等人（rén）認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有（yǒu）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）。

耐火材料對鋼中S的影響：田（tián）琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中（zhōng）S的反應，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S效果更好（hǎo），脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲（yún）石質鋼包內襯是很（hěn）必要的，這（zhè）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含量的影響。實驗結果表（biǎo）明：當澆注料中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（liào）對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐（nài）火（huǒ）材料，鋼水顯著（zhe）增C，當同一製品第二次使用時，鋼（gāng）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（cái）料中的水分以及其（qí）中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和（hé）中間包係統中使用保（bǎo）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，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐（nài）火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含（hán）量很（hěn）低，近（jìn）年來氮化物在耐火材料中應（yīng）用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的（de）增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水（shuǐ）口保護（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火（huǒ）材料對鋼水中夾雜（zá）物的影響：田琳等人研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化（huà）的影響，實驗表明（míng）：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的（de）夾雜（zá）物，其（qí）餘的（de）堿性耐火材料均使（shǐ）鋼水夾雜物數量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣（gài）耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的（de）複合化合物，熔（róng）點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應（yīng）生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從（cóng）鎂（měi）鈣質耐火材料表麵上剝落下（xià）來上浮至保護渣層（céng）中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸（xī）附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采（cǎi）用靜態坩堝法研究3種不（bú）鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結（jié）果得出，CaO含（hán）量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力（lì）比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣（zhā）侵蝕性。堿度較（jiào）低的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，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，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（gài）磚。鎂鈣質材（cái）料（liào）具有良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渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透（tòu）能力，主要是熔（róng）渣對（duì）基（jī）質的強溶蝕並滲（shèn）透作用。

江北鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除（chú）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（tóng）時取（qǔ）決於（yú）CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝（bāo）落性能（néng）越好，淨化鋼（gāng）水的效果也越好（hǎo）；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的（de）抗侵蝕研究：崔淑賢等人采（cǎi）用煉鋼轉（zhuǎn）爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳（tàn）磚（zhuān）的（de）侵蝕進行實（shí）驗。實驗結果表（biǎo）明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高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（shì）因為在磚的界麵上產生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被（bèi）渣中（zhōng）∑FeO溶解，所以比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴重（chóng）。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫（wēn）抗氧化性和（hé）熱震（zhèn）穩（wěn）定性好，抗酸性（xìng）熔渣（zhā）能力強；而且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼水的脫（tuō）O、脫S、脫P等，適合冶（yě）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（hán）量非常少，非金（jīn）屬夾（jiá）雜（zá）物不（bú）僅數量少，而且尺寸很小（xiǎo）和（hé）形態得到控製（zhì），合金元素成分（fèn）精準並且分布均勻，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（shǐ）終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火材料能（néng）淨化鋼水，除去鋼中的非金（jīn）屬夾雜物，而且不汙染環境。