徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼的純淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或（huò）多或少（shǎo）地會對鋼水產生汙染。可是（shì）通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐火材料的（de）理論研究和（hé）實（shí）際試驗，得出鎂（měi）鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也（yě）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。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原（yuán）料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料（liào）。

其中，白雲石質耐火材料（liào）是指全部用煆燒或電（diàn）熔的白雲石做原料的定型或不定（dìng）形耐火材料；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（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和抗水化能力（lì）越強；CaO含量越高，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，但抗（kàng）水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越（yuè）差。因（yīn）此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條（tiáo）件（jiàn），合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲石質耐（nài）火材料對淨化（huà）鋼水作（zuò）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（jiá）雜物的含量要求嚴格（gé），需要爐外精（jīng）煉除去鋼中（zhōng）雜質及夾雜物（wù）以（yǐ）及脫氣、調（diào）整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨（jìng）化鋼水的功能（néng）。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼（gāng），是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特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（shòu）命、降低（dī）耐火（huǒ）材料消耗，研究人員對白雲石質（zhì）耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條（tiáo）件下容易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮（huī）發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性（xìng）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，在高溫真空條（tiáo）件下使（shǐ）用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應（yīng）中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣（zhā），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在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該（gāi）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含量高即堿度高的熔（róng）渣有（yǒu）利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）同樣也（yě）有利脫P。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性（xìng）好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反應生成高熔點（diǎn）化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的（de）問（wèn）題，采用真空精煉，其（qí）H主要來自（zì）熔渣（zhā）或精煉設備內（nèi）襯耐火材（cái）料（liào）的（de）水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分（fèn）排除其中的水分，就不存在（zài）鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的（de）影響

耐火材料對鋼中氧含量（liàng）的影響：王（wáng）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（de）氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被（bèi）認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的（de）影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗鎂鈣質耐火（huǒ）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（dé）有效的脫S效果，使用白雲石質（zhì）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（chèn）的再氧化能力，另一方麵可以避（bì）免強還原條件（jiàn）下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗（hào）。

耐火材料對（duì）鋼中P含量的影響（xiǎng）：匡加（jiā）才研究MgO—CaO質（zhì）澆注（zhù）料對鋼中（zhōng）P含量的影響。實驗結果（guǒ）表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降（jiàng）低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量（liàng）的影響：實驗表明（míng），使用含C耐火材料，鋼水顯（xiǎn）著（zhe）增C，當同一（yī）製品第（dì）二次（cì）使用時，鋼水僅發生輕微（wēi）增C。

耐火材料（liào）對鋼（gāng）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（shuǐ）中的H含（hán）量產（chǎn）生顯著影響。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，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中（zhōng）間包（bāo）烘烤，能有（yǒu）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（cái）料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中（zhōng）應用受（shòu）到關注，如Sialon分解（jiě）對鋼水造成（chéng）增N。更大的（de）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（kǒu）保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾（jiá）雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的（de）情況（kuàng）下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜（zá）物，其餘的堿性耐火材（cái）料均使鋼水夾雜物數量（liàng）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（róng）點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化（huà）合物被吸附鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形成保護層，或者從鎂鈣（gài）質耐火材料表麵上剝（bāo）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，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義（yì）兵等人采用靜態坩（gān）堝法（fǎ）研究3種不（bú）鏽鋼（gāng）冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣性。試驗結果得出（chū），CaO含量（liàng）高的白雲石磚（zhuān）抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲（yún）石磚（zhuān）基（jī）質部分致密程度高，較不燒白雲（yún）石磚具有更好的抗高堿（jiǎn）度（dù）渣侵（qīn）蝕性。堿度較低的（de）VOD爐渣對三種磚的侵蝕和（hé）滲透比高堿度渣嚴（yán）重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕性明顯好於（yú）不燒鎂鈣磚，CaO含（hán）量高的（de）燒成鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣（zhā）侵蝕能力好於CaO含（hán）量（liàng）低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和（hé）滲透能力，這是因為渣（zhā）與鎂鈣材料作（zuò）用（yòng）析出（chū）C3S，使材（cái）料表層致密化而（ér）有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵（qīn）蝕和（hé）滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透（tòu）作用。

寧（níng）夏鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成鎂鈣磚種類複雜（zá）。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（wěn）定性、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時取決於（yú）CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落（luò）性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的（de）初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣（gài）碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行（háng）實驗。實驗結果表明：初期渣（zhā）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（bāo）落，蝕損最嚴（yán）重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上（shàng）產生了C2S保護層；可是（shì）中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚（zhuān）高（gāo）0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人（rén）研究結果（guǒ）表明鎂白雲石碳磚（zhuān）高溫抗氧（yǎng）化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水（shuǐ）的（de）脫O、脫S、脫P等，適合冶（yě）煉鋼的電爐爐襯（chèn）。

白（bái）雲石（shí）質（zhì）耐（nài）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（shù）量少，而且尺寸很（hěn）小和形態得到控製，合金元（yuán）素成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個過程中，耐火材料始（shǐ）終（zhōng）與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多（duō）或少總有些（xiē）汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火（huǒ）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。