徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度（dù）研究提（tí）高鋼的純淨（jìng）度，沒有考慮與鋼（gāng）水（shuǐ）直接接觸的耐火材料對鋼水的（de）淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地（dì）會對鋼水產生汙染。可是通（tōng）過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理（lǐ）論研究和實（shí）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（wài）精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與（yǔ）鎂鈣質耐火材料的特征（zhēng）

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%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石（shí）質耐（nài）火材料、鎂白雲石質耐火材料（liào）、鎂鈣（gài）質耐火材料。

其中（zhōng），白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做（zuò）原料（liào）的定型或不（bú）定形耐火（huǒ）材料；鎂（měi）白雲（yún）石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合（hé）成的（de）耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用（yòng）性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗水化能（néng）力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強（qiáng），高溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）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（xìng）能越差。因此，應該根據爐（lú）外精煉等熱工（gōng）設（shè）備的不同部位（wèi）使用條（tiáo）件，合理選擇鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化（huà）鋼水作用（yòng）的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼（gāng）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（gé），需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及（jí）脫氣、調整化學成分（fèn）和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜質反應，使其轉移（yí）到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼（gāng）水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐（nài）火材料也適（shì）合（hé）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（lái），為了淨（jìng）化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進（jìn）行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下（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（shǐ）MgO相對揮（huī）發（fā）性大大降低。因此，MgO質材料中加（jiā）入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐火材料更合適（shì）。

鋼水中的脫S反（fǎn）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（gāng）水中溶（róng）解的O含量盡可能（néng）要低。要使（shǐ）O含量（liàng）低（dī），就（jiù）要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下以（yǐ）氣態存在，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小（xiǎo），而（ér）CaO的（de）氧（yǎng）勢（shì）也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材（cái）料。溫度（dù）升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫（tuō）P，因（yīn）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高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐（nài）火（huǒ）材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問（wèn）題，采用真空精煉，其H主（zhǔ）要來自熔渣或精煉設備內襯耐火（huǒ）材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含（hán）量增高問題。

鎂鈣質耐火材料（liào）對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材料中的CaO熱（rè）力學穩定性（xìng）高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水（shuǐ）中的（de）溶解度很小，被認為（wéi）是防止鋼水增氧（yǎng）的有效（xiào）材料。

耐火材料對鋼（gāng）中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫（tuō）S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出現“回（huí）S”現象。為了使鋼包（bāo）獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要（yào）的，這樣一方麵可以盡（jìn）可能降（jiàng）低鋼包內襯的再氧（yǎng）化能力（lì），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含量的影響：匡加（jiā）才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量（liàng）的影響（xiǎng）。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含量大幅度（dù）降（jiàng）低（dī），由（yóu）原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量（liàng），鋼中P含量僅有小（xiǎo）幅度降低。

耐火材料對鋼水碳（tàn）含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著（zhe）增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生（shēng）輕微增C。

耐火（huǒ）材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其（qí）中的有機粘結劑會（huì）對鋼水中的H含量產生顯著（zhe）影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間（jiān）包烘烤，能有效地（dì）降低鋼水（shuǐ）的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳（chuán）統耐火材料N含量很低，近年（nián）來氮化物在（zài）耐火材料中（zhōng）應用（yòng）受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增（zēng）N量在鋼包與中間包之間，保護套（tào）管非常（cháng）重要，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（liào）對鋼水中夾雜物的影響：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（huà）的影響，實驗表明（míng）：在反應30min的情況下，隻有鎂（měi）鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火（huǒ）材料均（jun1）使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂鈣耐火材（cái）料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生（shēng）成Ca12Al4O3的複合化（huà）合（hé）物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點化合物被吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表麵（miàn），形成保護層，或者從（cóng）鎂鈣質耐火材料表麵上剝（bāo）落下來（lái）上浮（fú）至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的（de）活性CaO含量（liàng）越高，吸附鋼（gāng）水中夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕性能：梁（liáng）義兵等人采用靜態坩堝法研究3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致（zhì）密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的（de）抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三（sān）種（zhǒng）磚的侵蝕和（hé）滲（shèn）透比（bǐ）高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的（de）鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗低（dī）堿（jiǎn）度渣侵蝕能力好（hǎo）於CaO含量低的鎂（měi）鈣磚。鎂（měi）鈣質材（cái）料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕（shí）和（hé）滲透能力，這是因為（wéi）渣與鎂鈣材料作用（yòng）析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製（zhì）熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的（de）強溶蝕並滲透（tòu）作用。

黔西（xī）南鎂（měi）磚之鎂鈣碳磚的性能及（jí）抗侵蝕的研究

鎂鈣碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚較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（kōng）穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取（qǔ）決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化（huà）鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣（zhā）侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣（zhā）和終期渣分（fèn）別對鎂鈣碳（tàn）磚及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進行實驗。實驗結（jié）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磚產生結構剝落（luò），蝕損（sǔn）最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較輕（qīng），是（shì）因為在磚的界麵上產（chǎn）生了C2S保護層（céng）；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕（shí）損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）中及被渣中∑FeO溶解，所（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白（bái）雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的（de）CaO有（yǒu）利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯（chèn）。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有（yǒu）害成分（S、P、O、H、N）含量非（fēi）常少，非金屬夾雜物不僅（jǐn）數量少，而且尺寸很小（xiǎo）和形態（tài）得（dé）到控製，合（hé）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（liàn）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（duō）或（huò）少總有些汙（wū）染，唯有白（bái）雲（yún）石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中（zhōng）的非金屬夾雜物（wù），而且不汙染環境。