徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼水直接接觸的耐火材料（liào）對鋼水（shuǐ）的淨化作用，總是認為耐火（huǒ）材料（liào）或多或（huò）少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的（de）理論研究（jiū）和實（shí）際試驗，得出鎂鈣質材料（liào）不但不汙染（rǎn）鋼水，反而能（néng）淨（jìng）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用日益增加。

白雲（yún）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（de）理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材（cái）料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質（zhì）耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指（zhǐ）全部用煆燒或電熔的白（bái）雲石做（zuò）原（yuán）料的定型或不定形耐火（huǒ）材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火（huǒ）材料。MgO、CaO含量的變化（huà）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（róng）渣和抗（kàng）水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力（lì）越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因（yīn）此，應該根據爐外精煉（liàn）等熱工設備的不同部位使用條件（jiàn），合理選擇鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨（jìng）化鋼水（shuǐ）作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼（gāng）中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要（yào）求（qiú）嚴格，需要爐外精煉（liàn）除去（qù）鋼中雜質及夾雜物（wù）以及脫氣、調整化學成分（fèn）和均勻化等。鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）中的遊離CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化（huà）鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶（yě）煉潔淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長（zhǎng）爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研（yán）究（jiū）人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗（yàn）研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條（tiáo）件下容易揮發（fā），而CaO對MgO的揮（huī）發性是有影（yǐng）響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就（jiù）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（de）脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔（róng）渣（zhā）必須是CaO含量高的高堿度（dù）渣，並且鋼水中溶解的O含量盡（jìn）可能要（yào）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（xià）以氣態存在（zài），在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小（xiǎo），因此，精煉（liàn）設備應（yīng）該選用（yòng）鎂（měi）鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫（tuō）P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材（cái）料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩（wěn）定性高、抗渣滲透性好，特別（bié）是熔渣（zhā）中SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材料中（zhōng）的CaO反應生成（chéng）高（gāo）熔點（diǎn）化（huà）合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔（róng）渣的滲（shèn）透。

關於H含量的問題，采（cǎi）用真空精煉，其H主要來自熔渣或（huò）精煉設備（bèi）內襯耐火材料的水分（fèn）及有機添加物。熱（rè）力學分（fèn）析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分（fèn）排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含（hán）量增高問題。

鎂（měi）鈣質耐火材料對鋼水性（xìng）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（xué）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（yǒu）效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼（gāng）水中（zhōng）S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫（tuō）S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果（guǒ）更好，脫（tuō）S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的（de），這樣一（yī）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（bì）免強還（hái）原條件下鋼包渣導致（zhì）耐火材料（liào）的過度消耗。

耐火材料對鋼中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w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由（yóu）原始的0.1%降低到0.01%，進（jìn）一步提高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅（jǐn）有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的（de）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（èr）次使用時，鋼水（shuǐ）僅發生（shēng）輕微增C。

耐火材料對鋼中（zhōng）H(氫)含量的影響：耐火材（cái）料中的（de）水分以及其（qí）中（zhōng）的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程（chéng）中，鋼包和中間（jiān）包係統中使用保護（hù）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。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳統（tǒng）耐火材料N含量很低，近年來氮（dàn）化（huà）物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造（zào）成增N。更大的增N量（liàng）在鋼包（bāo）與中間包之（zhī）間，保護套管非常重要，連（lián）鑄（zhù）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的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水（shuǐ）夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中（zhōng）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（zuǒ）右，可有效地去除（chú）鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點化合物被吸（xī）附鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料表麵，形成保護層（céng），或者從鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵（miàn）上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材（cái）料中的活性CaO含量越高，吸（xī）附鋼水中夾雜物的能力（lì）越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝（guō）法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的（de）抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高（gāo）堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強（qiáng）。燒成白（bái）雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚（zhuān）具有更好的抗高堿度（dù）渣侵蝕性（xìng）。堿度較低的VOD爐渣對（duì）三（sān）種磚的侵蝕（shí）和滲透比高堿度渣（zhā）嚴重（chóng）得多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性（xìng）明顯（xiǎn）好於不燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能（néng）力（lì）好於（yú）CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具（jù）有良好的抵（dǐ）抗（kàng）高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料（liào）表層致（zhì）密化（huà）而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔（róng）渣對基（jī）質（zhì）的強溶蝕並滲透作用。

秦（qín）皇島（dǎo）鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂（měi）鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚（zhuān）的特性外（wài），鎂鈣碳磚（zhuān）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（jí）C的含量。CaO含量越高，抗（kàng）剝（bāo）落性能越好，淨化鋼水的（de）效果也越（yuè）好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚（zhuān）的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用（yòng）煉鋼（gāng）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（shí）損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因（yīn）為在磚的（de）界麵上產生了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0.4%和1.2%，因為其（qí）在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章（zhāng）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（dìng）性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適（shì）合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲（yún）石質耐火材料對潔（jié）淨鋼的影響（xiǎng）

潔淨鋼（gāng）係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬夾雜物不僅數量少，而且尺（chǐ）寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高（gāo）性能、高品質。在鋼水從冶煉到（dào）精（jīng）煉的（de）整個過程中，耐火（huǒ）材（cái）料（liào）始終與鋼水接（jiē）觸，一般耐火（huǒ）材料對鋼水或多或少總有些（xiē）汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火材料能淨化（huà）鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。