徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提（tí）高鋼的純淨度，沒有考慮（lǜ）與鋼水直（zhí）接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為（wéi）耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可（kě）是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際（jì）試驗，得出鎂鈣（gài）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（yòng）日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是（shì）天（tiān）然礦物原（yuán）料，煆燒後的理論組成為（wéi）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（kuò）白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐（nài）火材料是（shì）指（zhǐ）全（quán）部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或（huò）不定形耐火（huǒ）材料；鎂（měi）白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石（shí）合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使（shǐ）用性能，MgO含量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強（qiáng），高溫蠕（rú）變越大，抗（kàng）剝落性能和脫（tuō）硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設（shè）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）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼（gāng）中（zhōng）的（de）雜（zá）質（zhì）O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量（liàng）要求嚴格，需要爐（lú）外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分（fèn）和均勻化（huà）等。鎂鈣質（zhì）耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有（yǒu）除去雜（zá）質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料也適合用（yòng）於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了（le）淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對（duì）白雲石質耐（nài）火材料進行（háng）了許多試驗研究（jiū），取得了很（hěn）好的結果。

MgO在真空（kōng）條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數（shù））就可使MgO相對揮發性大大降（jiàng）低（dī）。因此，MgO質（zhì）材（cái）料中加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純（chún）MgO質耐火（huǒ）材料更合適。

鋼水中（zhōng）的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡（jìn）可能要低。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（zài）高溫下以氣態（tài）存在，在鋼水中的溶解度很（hěn）小（xiǎo），而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設（shè）備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升（shēng）高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿（jiǎn）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（měi）鈣質耐火材料（liào）的熱震穩定性（xìng）高、抗渣滲透性好，特別是熔（róng）渣中SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材料中的CaO反應（yīng）生（shēng）成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層（céng），從而抑製熔渣的滲透（tòu）。

關於H含量的問題，采用真空（kōng）精煉（liàn），其H主要來自熔渣或（huò）精煉設備內（nèi）襯耐火材料的水分（fèn）及（jí）有機添加（jiā）物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充（chōng）分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（qīng）（H）含（hán）量增（zēng）高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響（xiǎng）

耐火材料對鋼（gāng）中（zhōng）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，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中（zhōng）S的影響（xiǎng）：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料的脫（tuō）S效果。結（jié）果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降（jiàng）低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石（shí）質鋼包內襯是（shì）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，另一方麵可以避免強還原（yuán）條件下鋼包渣導致耐（nài）火（huǒ）材料的過度消耗。

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（míng）：當澆注料中w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含量（liàng）大幅度降低，由原（yuán）始的0.1%降低到0.01%，進（jìn）一步提高CaO含（hán）量，鋼中P含量僅有小幅度（dù）降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，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（zēng）C。

耐火材料對（duì）鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水（shuǐ）分以及其中的有機粘結劑會對鋼水（shuǐ）中的H含量產生（shēng）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（zhǔ）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（de）吸H量。

耐火（huǒ）材料對鋼中N(氮)含量（liàng）的影響：傳統耐（nài）火材（cái）料N含量（liàng）很低（dī），近年（nián）來氮化物在耐火材料中應用受（shòu）到關注，如Sialon分解對（duì）鋼水造成增N。更大（dà）的增N量在（zài）鋼包與中間包之間，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（gāng）水中夾雜物的影響：田琳（lín）等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材料對管線鋼鋼（gāng）水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中（zhōng）的（de）夾雜（zá）物，其餘的堿性（xìng）耐火材料均使鋼水夾雜物（wù）數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去（qù）除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下（xià）來上浮至保護渣層中；在鎂鈣（gài）質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水（shuǐ）中（zhōng）夾雜物的（de）能力越強。

鎂鈣質耐火材（cái）料的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚（zhuān）的抗渣性。試驗結果得出，CaO含（hán）量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣（zhā）侵蝕（shí）和滲透（tòu）能力比較強（qiáng）。燒成白雲石磚基質（zhì）部分致密程（chéng）度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和（hé）滲透比高堿（jiǎn）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（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好（hǎo）的（de）抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這（zhè）是因為渣與鎂鈣材（cái）料作用析（xī）出C3S，使材料表層致密化而有（yǒu）效抑製熔渣的滲透。低（dī）堿度熔渣具有較強的侵蝕和（hé）滲透能力，主要（yào）是熔渣（zhā）對基質的強溶蝕並滲（shèn）透作用。

鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的（de）性能及抗侵蝕（shí）的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備（bèi）鎂鈣（gài）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。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨（jìng）化鋼水的效果也越好（hǎo）；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強（qiáng）。

鎂鈣碳磚的（de）抗侵蝕研究：崔淑賢等（děng）人采用煉鋼轉爐的初期渣、中（zhōng）期渣和終期渣分別對鎂鈣碳（tàn）磚及鎂碳磚的侵蝕進行實（shí）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（wéi）MgO—C磚產生結構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚（zhuān）的界麵上產生了C2S保（bǎo）護層（céng）；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（zài）高溫中（zhōng）及（jí）被渣中∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重。

孫（sūn）惠章（zhāng）等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好（hǎo），抗酸性熔（róng）渣能力強；而且磚中（zhōng）的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質（zhì）耐火材料對潔淨（jìng）鋼的影響

潔淨鋼係（xì）指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常（cháng）少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控（kòng）製，合（hé）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（nài）火材料始（shǐ）終與鋼水接觸（chù），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材料能淨化鋼水，除去（qù）鋼中的非（fēi）金屬夾雜物，而且（qiě）不汙染（rǎn）環境。