徐平坤

以前，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觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總（zǒng）是認為耐火（huǒ）材料（liào）或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對（duì）白雲石質（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理（lǐ）論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，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中應用日益（yì）增加。

白（bái）雲石與鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料的特征

白（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然礦物原料，煆燒後的理論組成（chéng）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（huǒ）材料、鎂（měi）白雲石質耐火材料、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（de）白（bái）雲石做原料（liào）的定型或不定形耐火材料（liào）；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成（chéng）的耐火材料。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（gāo），抗高SiO2熔渣的（de）能力（lì）越強，高溫蠕（rú）變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的（de）效果越好，但抗（kàng）水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越（yuè）差。因此，應該（gāi）根據（jù）爐（lú）外精煉等熱工設備的（de）不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣（gài）質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼（gāng）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（diào）整化學成分和均（jun1）勻化等。鎂鈣質（zhì）耐火材料中的（de）遊（yóu）離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉移到爐（lú）渣中，具（jù）有除去雜質、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（dī）氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年（nián）來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火（huǒ）材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好（hǎo）的結果。

MgO在（zài）真空條（tiáo）件下容（róng）易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對（duì）揮發性大大降（jiàng）低。因此，MgO質材料（liào）中加入一定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料（liào）更（gèng）合（hé）適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低（dī），熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼（gāng）水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫（wēn）下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很（hěn）小（xiǎo），因此，精煉設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。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含量高的鎂鈣質耐火材料（liào）同樣也（yě）有利脫（tuō）P。

鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料的熱震穩定性（xìng）高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反應生成高熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保（bǎo）護層，從而（ér）抑（yì）製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用（yòng）真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備（bèi）內襯（chèn）耐火材料的水分及有（yǒu）機（jī）添（tiān）加物。熱力學分析認為（wéi）：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水（shuǐ）分，就不存（cún）在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐（nài）火材料對鋼水性能的影響

耐火材料（liào）對鋼中氧含量的影響（xiǎng）：王（wáng）龍光等人認（rèn）為MgO—CaO耐火材（cái）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（jiě）度很小，被認為是防止鋼水（shuǐ）增氧的（de）有效材料。

耐火材料對（duì）鋼中S的影響：田琳等人試驗研究（jiū）鎂鈣（gài）磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料（liào）的脫（tuō）S效果。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（guò）45min，脫S率降低，出現“回（huí）S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫（tuō）S效（xiào）果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方（fāng）麵可以（yǐ）盡可能（néng）降低鋼包內襯的再氧（yǎng）化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼（gāng）包渣導致耐火材料的（de）過度消（xiāo）耗。

耐火材料（liào）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，鋼中P含量大幅度降（jiàng）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（yǒu）小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量（liàng）的影（yǐng）響：實驗表明（míng），使用含C耐（nài）火材料，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（liào）對鋼中H(氫)含量的（de）影響：耐火材料中的水分以及其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，鋼包和中間包係統中使用（yòng）保護套管保護主流時（shí），有機（jī）粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地（dì）降低鋼水的吸H量。

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含（hán）量很低，近年來氮化物在耐火材料中（zhōng）應用受到關注，如Sialon分解對鋼（gāng）水造成增N。更大（dà）的（de）增N量在鋼包與中間包之（zhī）間（jiān），保護套管非常重要，連鑄的（de）增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物（wù）的影響：田琳等（děng）人研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響（xiǎng），實驗（yàn）表明：在反應30min的（de）情況下（xià），隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水（shuǐ）中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均（jun1）使鋼水夾雜物數量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐（nài）火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼（gāng）中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸二鈣)和（hé）C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔（róng）點化合物被（bèi）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來上浮至保護渣層中；在鎂（měi）鈣質耐火材料中的活性（xìng）CaO含量越高，吸（xī）附鋼水（shuǐ）中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）性能（néng）：梁義兵等人采用靜態坩（gān）堝法研究3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵（qīn）蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚（zhuān）基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具（jù）有更好的抗高（gāo）堿度渣侵蝕性。堿（jiǎn）度較低（dī）的（de）VOD爐渣對三（sān）種磚（zhuān）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（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂（měi）鈣磚，CaO含量（liàng）高的燒成鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂（měi）鈣磚。鎂鈣質材料（liào）具有良好的抵抗高堿（jiǎn）度熔（róng）渣的（de）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（liào）表層致密化而有效抑製（zhì）熔渣的滲（shèn）透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和（hé）滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

樂山鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵（qīn）蝕的（de）研究

鎂（měi）鈣碳磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣磚種類（lèi）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、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）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（huà）鋼水的效果也（yě）越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝（bāo）落性（xìng）能越強。

鎂（měi）鈣碳磚的抗（kàng）侵（qīn）蝕研究：崔淑賢等人（rén）采用煉鋼轉爐的初期渣、中期（qī）渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期（qī）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（de）蝕損率反而分別（bié）比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在（zài）高溫中（zhōng）及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研（yán）究（jiū）結（jié）果（guǒ）表明鎂白雲石碳磚高溫抗（kàng）氧化性和熱震穩定性好（hǎo），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，適合冶（yě）煉鋼的電爐（lú）爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響（xiǎng）

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形（xíng）態得（dé）到控製，合金元素（sù）成（chéng）分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整（zhěng）個過程中，耐火材料始終與鋼水（shuǐ）接（jiē）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耐火（huǒ）材料能（néng）淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且（qiě）不汙染環境。