徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝的角度研究提高鋼的（de）純淨度，沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火材料對鋼水的淨（jìng）化作用，總是認為耐火（huǒ）材料或多或少（shǎo）地會對鋼水（shuǐ）產生（shēng）汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的（de）理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但（dàn）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（yīng）用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆（duàn）燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石（shí）質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料（liào）是指（zhǐ）全部用煆燒或電熔的白（bái）雲石做原料的定（dìng）型或不定形耐火材料（liào）；鎂白雲石和（hé）鎂鈣質耐（nài）火材料是用（yòng）鎂石與白雲（yún）石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的（de）高溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應（yīng）該根據爐外精煉等熱（rè）工設備的不同部位使用條件，合理選擇（zé）鎂（měi）鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐火材料（liào）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等夾雜物的含量（liàng）要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中（zhōng）雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學（xué）成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的（de）遊離CaO，易（yì）與鋼（gāng）水中的S、P等雜質反應（yīng），使其轉移到爐渣（zhā）中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材料也適（shì）合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼（gāng）等設備（bèi）的（de）耐火材料。近年來，為了淨（jìng）化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究（jiū）人員對白（bái）雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真（zhēn）空（kōng）條件下（xià）容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分（fèn）數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在（zài）高溫真空條件下（xià）使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水（shuǐ）S含量低，熔（róng）渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的（de）O含量盡可能要（yào）低。要使O含量低（dī），就要選擇氧勢盡可能（néng）低的耐火材料，Mg與Ca在（zài）高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而（ér）CaO的氧勢也（yě）很小（xiǎo），因此（cǐ），精煉設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火材（cái）料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中（zhōng）采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用（yòng）CaO含（hán）量高的鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料（liào）同樣（yàng）也有利脫P。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的熱（rè）震穩定性高、抗渣（zhā）滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火（huǒ）材料中的CaO反應（yīng）生成高熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采（cǎi）用真空精煉，其（qí）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。熱力學分析認為（wéi）：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水（shuǐ）分，就（jiù）不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）對鋼水性能的影（yǐng）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（zhōng）的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火（huǒ）材料對鋼中（zhōng）S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中S的反應，檢驗鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效（xiào）果更好，脫（tuō）S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了（le）使鋼包獲得有（yǒu）效的脫S效果，使用白（bái）雲石質鋼包內襯是很必要的（de），這樣一方麵可以盡可能降低鋼（gāng）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（liàng）的影響：匡加（jiā）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（wéi）25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始（shǐ）的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度（dù）降低。

耐火材料對鋼水碳含（hán）量的影響：實驗表明，使用含C耐火材（cái）料，鋼水顯著增（zēng）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（yǐng）響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使（shǐ）用保護套管保護主流時（shí），有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包（bāo）烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐（nài）火材料對（duì）鋼（gāng）中（zhōng）N(氮)含量的（de）影響：傳統耐火材料N含量很（hěn）低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到（dào）關注（zhù），如Sialon分解（jiě）對鋼（gāng）水造（zào）成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之（zhī）間，保護套管非（fēi）常（cháng）重（chóng）要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管（guǎn）線鋼鋼水潔淨化的影響，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，其餘的堿性耐火材料均（jun1）使（shǐ）鋼（gāng）水（shuǐ）夾（jiá）雜物數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點化合（hé）物（wù）被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從（cóng）鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵上剝落下來（lái）上浮至保護渣層中；在鎂（měi）鈣質耐火材料中的（de）活性CaO含量越高，吸附（fù）鋼水中夾雜物的能力（lì）越強（qiáng）。

鎂鈣質耐（nài）火材料的抗（kàng）侵（qīn）蝕（shí）性能：梁（liáng）義兵等人采（cǎi）用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出（chū），CaO含量高（gāo）的白雲石（shí）磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石（shí）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（dù）渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲（shèn）透比高堿度渣嚴（yán）重得多（duō）。相（xiàng）對（duì）而（ér）言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿（jiǎn）度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有（yǒu）良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣（zhā）與鎂鈣材（cái）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）具有較強的侵蝕和滲透（tòu）能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

麗水鎂磚之鎂鈣碳磚的性能（néng）及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚（zhuān）種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量越高，抗剝落性（xìng）能越好，淨化鋼水的效果也越（yuè）好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落（luò）性能越強。

鎂（měi）鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等（děng）人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別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磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚產生結構剝落（luò），蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚（zhuān）的界（jiè）麵上（shàng）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（fǎn）而分別比MgO—C磚高（gāo）0.4%和（hé）1.2%，因為其在高溫（wēn）中及被渣中∑FeO溶解（jiě），所以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重。

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

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

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（cùn）很小和形態得到控製，合金元素成分精準（zhǔn）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，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火（huǒ）材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石（shí）質即（jí）鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除（chú）去鋼中的（de）非金屬夾雜物，而且不汙染環（huán）境。