徐平坤

以前（qián），從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接（jiē）觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產（chǎn）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，得出鎂鈣質材料不（bú）但不汙染（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（yǔ）鎂鈣質耐火（huǒ）材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理（lǐ）論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為（wéi）1.93。鎂鈣質耐火材料主（zhǔ）要包括白雲石質耐火材（cái）料、鎂白雲（yún）石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲（yún）石質耐（nài）火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲（yún）石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成（chéng）的耐火材（cái）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（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水化能力越強；CaO含量越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，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侵蝕的性能越差。因此，應（yīng）該根據爐外精煉等熱工設備的不同（tóng）部位使（shǐ）用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材（cái）料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作（zuò）用的影（yǐng）響

潔（jié）淨鋼、特殊鋼等（děng）對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元（yuán）素（sù）及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學（xué）成分和均勻化等。鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的遊離（lí）CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜（zá）質、淨化鋼水的功能。由於（yú）CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適合（hé）用於冶煉低氧鋼，是爐外精（jīng）煉冶（yě）煉潔淨鋼（gāng）、純淨（jìng）鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究（jiū）人員對白雲石質耐火材料進行（háng）了許（xǔ）多試驗研究（jiū），取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易（yì）揮發，而CaO對MgO的揮發（fā）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（yīn）此，MgO質材料中加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在高溫真空（kōng）條件下使（shǐ）用比純MgO質耐火材（cái）料更合適。

鋼水中的脫S反應（yīng）中，要使（shǐ）鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的（de）高堿度（dù）渣，並且（qiě）鋼水中溶解的O含（hán）量盡可能要低。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（zài）高溫下以氣態存在，在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫（wēn）度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量（liàng）高即堿度高（gāo）的熔渣有（yǒu）利脫P，因此，用（yòng）CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的（de）熱震穩定性高、抗（kàng）渣滲透性好，特別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製熔渣的（de）滲（shèn）透。

關於H含量（liàng）的問題，采用真空精煉，其H主（zhǔ）要來自熔渣或精煉設（shè）備內襯耐（nài）火材料的水分及有機添加物（wù）。熱力學分析認為：要（yào）在1200℃下長期烘烤（kǎo），充分排除（chú）其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增（zēng）高問題。

鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）對鋼水性能的影響

耐火材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，具有很低（dī）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材料。

耐火材料對鋼（gāng）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（yīng），檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下（xià），反（fǎn）應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出（chū）現“回S”現象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫S效果（guǒ），使用（yòng）白雲石質鋼包內（nèi）襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低（dī）鋼包內襯的再氧化能力（lì），另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣（zhā）導致耐（nài）火材料的（de）過度消（xiāo）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。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時（shí），鋼中（zhōng）P含量大（dà）幅度降低，由原始的0.1%降（jiàng）低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含（hán）量僅有小幅度降低。

耐火材（cái）料對鋼水碳含量的影響：實驗表（biǎo）明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使（shǐ）用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含（hán）量的影響：耐火材料中的水分以及其中的（de）有（yǒu）機粘（zhān）結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保（bǎo）護主流時，有機粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘（hōng）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N含量很低，近年來氮化（huà）物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增（zēng）N。更大的增N量在鋼包與中（zhōng）間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對（duì）鋼（gāng）水中夾雜（zá）物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火材（cái）料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗（yàn）表明：在反應30min的（de）情況（kuàng）下（xià），隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿（jiǎn）性耐火（huǒ）材料均（jun1）使鋼水夾雜物數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材（cái）料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生（shēng）成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除（chú）鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣)高（gāo）熔點化合物被吸附鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）表麵，形成（chéng）保護層，或者（zhě）從鎂鈣質耐火材料表麵上（shàng）剝落下來上浮至（zhì）保護渣層中；在鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料中的活性（xìng）CaO含量越高，吸附鋼（gāng）水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕性能：梁義（yì）兵等人采用靜態坩堝法研究（jiū）3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白（bái）雲石磚（zhuān）抗高堿度的AOD渣侵蝕（shí）和滲（shèn）透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度（dù）高，較不（bú）燒白雲石磚（zhuān）具有更好的抗高堿度渣侵蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度（dù）渣（zhā）嚴重得（dé）多（duō）。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於（yú）不燒鎂鈣磚（zhuān），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（měi）鈣質材料具有良好的抵抗高堿度（dù）熔渣的侵蝕和滲透能力（lì），這是因為渣與鎂鈣材料作用析出（chū）C3S，使材（cái）料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透（tòu）。低堿度熔渣具有較強的侵（qīn）蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透作用。

錦州鎂（měi）磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具（jù）備鎂鈣磚（zhuān）的特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性（xìng）能同時（shí）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（shuǐ）的效果也越好；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（yán）究：崔淑賢等人采用煉（liàn）鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣（zhā）分別對（duì）鎂鈣碳（tàn）磚及（jí）鎂（měi）碳磚的侵蝕進（jìn）行實驗。實驗結果表明：初期渣（zhā）MgO—C磚蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝（bāo）落，蝕（shí）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（zài）高溫（wēn）中及被（bèi）渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研（yán）究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼（gāng）水的脫O、脫S、脫P等（děng），適合冶（yě）煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火（huǒ）材料對潔淨鋼的影（yǐng）響

潔淨鋼係（xì）指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量（liàng）非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元（yuán）素成分精準並且分布（bù）均勻（yún），使鋼材（cái）具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉（liàn）的整個過程中，耐火材（cái）料始終與鋼水接觸，一般耐（nài）火材料對鋼水或多或少總有些汙染（rǎn），唯有白雲石質即鎂鈣（gài）質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。