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（zhí）接接觸的耐（nài）火材料對鋼水的淨化作用，總是（shì）認為耐火材（cái）料或多或少地會對鋼水產生汙染。可（kě）是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料的理論研究和實際（jì）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（bú）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。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，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（zhǔ）要包括白雲（yún）石質（zhì）耐火材料、鎂白雲石（shí）質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其（qí）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（yuán）料的定（dìng）型或不定（dìng）形耐火材料；鎂（měi）白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響鎂鈣質製品的高溫使（shǐ）用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水（shuǐ）化能力越強；CaO含量越高，抗高（gāo）SiO2熔（róng）渣的能力（lì）越強，高溫蠕變越大，抗（kàng）剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好（hǎo），但（dàn）抗水化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根（gēn）據爐外精煉等熱工設（shè）備的不同部位使用條件，合理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石（shí）質耐火材料對淨化鋼（gāng）水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴（yán）格，需要爐外精煉除去（qù）鋼中雜質及夾（jiá）雜物以及脫氣（qì）、調整（zhěng）化（huà）學成（chéng）分和均勻化等。鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料（liào）中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐（lú）渣中，具（jù）有除去（qù）雜質、淨化鋼水的功（gōng）能。由於CaO的氧勢很低，鎂（měi）鈣質耐火材料也適合用於冶煉低（dī）氧鋼，是爐外精（jīng）煉冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白（bái）雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了（le）很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分（fèn）數）就可（kě）使MgO相對（duì）揮（huī）發性大大降低。因此，MgO質材料中（zhōng）加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更（gèng）合適。

鋼水中的脫S反應中（zhōng），要使鋼水S含（hán）量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣（zhā），並且鋼水中溶解的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（de）耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的（de）溶解度很小，而CaO的氧勢也很（hěn）小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度（dù）升高不利於脫P，但鋼包中采（cǎi）用CaO含（hán）量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性（xìng）高（gāo）、抗渣滲透性好，特別是熔（róng）渣中（zhōng）SiO2滲入會與MgO-CaO耐（nài）火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保（bǎo）護層（céng），從而抑製熔渣（zhā）的滲透。

關於H含量的（de）問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內（nèi）襯（chèn）耐火材料的水分及有機添加物。熱（rè）力學分析認為：要在（zài）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（cái）料對鋼水（shuǐ）性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光（guāng）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（zhǐ）鋼水增氧的（de）有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳（lín）等人試驗研（yán）究鎂鈣磚與鋼水中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，反應45min時，脫S效果（guǒ）更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低（dī），出（chū）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（lìng）一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣（zhā）導致耐火材料的過（guò）度消耗。

耐（nài）火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料（liào）對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中（zhōng）w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的（de）0.1%降低到（dào）0.01%，進一步（bù）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（liàng）的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一（yī）製品第二（èr）次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對（duì）鋼中H(氫)含量的影響：耐火（huǒ）材料中的水分以及其中的有機（jī）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（tǒng）中使用保護套管保護主（zhǔ）流（liú）時，有機粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤（kǎo），能有效地降（jiàng）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（huǒ）材料N含量很（hěn）低，近年來氮化物在耐火材料中（zhōng）應用（yòng）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（yào），連（lián）鑄（zhù）的增N點（diǎn）就是長水口（kǒu）保護，此（cǐ）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（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對（duì）管線鋼鋼水潔淨（jìng）化的影（yǐng）響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去（qù）除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜（zá）物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與（yǔ）Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物（wù）。CaO與（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸（suān）三鈣（gài）)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；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附（fù）鋼水（shuǐ）中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不（bú）鏽鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣（zhā）性。試（shì）驗結果得出，CaO含量高的白雲（yún）石（shí）磚抗高堿度（dù）的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。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（kàng）高堿度渣侵蝕性。堿度較低的（de）VOD爐渣對三種磚（zhuān）的侵蝕和滲透比（bǐ）高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的（de）鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度（dù）渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂（měi）鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵（qīn）蝕能力好於CaO含量低的鎂（měi）鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為（wéi）渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材（cái）料表（biǎo）層致密化而有（yǒu）效抑製（zhì）熔渣的（de）滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是熔渣對基（jī）質的強溶蝕並滲透作用。

洛（luò）陽鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的性能（néng）及抗侵蝕（shí）的研究

鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比（bǐ）鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝落性能越（yuè）好，淨（jìng）化（huà）鋼水的（de）效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝（bāo）落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采（cǎi）用煉鋼轉爐（lú）的初期渣、中期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：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）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（zhōng）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∑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（míng）鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣（zhā）能力強；而且（qiě）磚中的CaO有利於鋼（gāng）水的脫（tuō）O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉鋼（gāng）的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼（gāng）係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量（liàng）少（shǎo），而且尺寸很小（xiǎo）和形態得到控製，合金（jīn）元素成分精準並且分（fèn）布（bù）均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水（shuǐ）從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有（yǒu）些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材（cái）料能淨（jìng）化鋼水，除去鋼（gāng）中的非金屬（shǔ）夾雜物，而且不汙染環境。