徐平坤

以前，從煉鋼（gāng）工藝的角度（dù）研究提高鋼的純淨（jìng）度，沒有考慮與鋼水直接接觸（chù）的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認（rèn）為耐火材（cái）料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通（tōng）過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，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（liàn）鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質（zhì）耐火材料的（de）特（tè）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（měi）鈣質耐火材（cái）料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白（bái）雲石質耐火材料、鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）。

其（qí）中，白雲石質耐火（huǒ）材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型（xíng）或不定形耐火材（cái）料；鎂白雲石（shí）和鎂鈣質耐火材料是用（yòng）鎂石與白雲石合成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含量的變化（huà）影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗（kàng）水化能力越（yuè）強（qiáng）；CaO含量（liàng）越高，抗高SiO2熔渣的能（néng）力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫（liú）、脫磷的效果越好，但抗水化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使（shǐ）用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影（yǐng）響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含量要求嚴格，需要爐外精煉除（chú）去鋼中（zhōng）雜質及夾雜物以及脫氣、調（diào）整（zhěng）化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中（zhōng），具有除去雜（zá）質、淨化鋼水的（de）功能。由於CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼等設備的耐火材料。近（jìn）年來，為了淨化鋼水、延長爐襯（chèn）壽（shòu）命、降低耐火材料消（xiāo）耗，研究人員對（duì）白雲石（shí）質耐火材（cái）料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

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（cǐ），MgO質（zhì）材料中加（jiā）入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高（gāo）溫真空條件下使用比純MgO質耐火（huǒ）材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水（shuǐ）S含量低，熔渣必須是CaO含（hán）量（liàng）高的高（gāo）堿度渣，並且鋼水中溶解的O含（hán）量盡可能要低。要使O含量低，就要選（xuǎn）擇氧勢盡（jìn）可能低的耐火材（cái）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，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫（tuō）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（yòng）CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣（gài）質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透（tòu）性好（hǎo），特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的（de）CaO反應生成高（gāo）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含量的問題，采用真空精煉，其H主要（yào）來自熔渣或精（jīng）煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼（gāng）水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對（duì）鋼中氧含量的影響（xiǎng）：王龍光等人（rén）認為MgO—CaO耐火材料中（zhōng）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（de）影響：田琳等人（rén）試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫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（guò）45min，脫S率降低，出現“回S”現（xiàn）象。為了使（shǐ）鋼包獲（huò）得有效（xiào）的脫S效果，使用（yòng）白雲石質鋼包內（nèi）襯（chèn）是很必要的，這樣一方麵可以盡（jìn）可能降低鋼包內襯的再氧（yǎng）化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致（zhì）耐火材料的過度消耗。

耐火材料對（duì）鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中（zhōng）P含量的影（yǐng）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，由原始的0.1%降低（dī）到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅有小幅度降低。

耐火（huǒ）材料對鋼水碳含量（liàng）的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品（pǐn）第二次使用（yòng）時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫（qīng）)含量（liàng）的影響：耐火（huǒ）材料中的水分以及其中的有機粘結劑（jì）會（huì）對鋼水中的H含（hán）量產生顯著（zhe）影響。連鑄（zhù）過程中，鋼包和中間包係統中使用（yòng）保護（hù）套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有（yǒu）效地降低鋼水（shuǐ）的吸H量。

耐火材料（liào）對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量（liàng）很低，近年來氮化物在耐火材料中應用（yòng）受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼（gāng）包（bāo）與中間包之間，保護套（tào）管非常重要，連鑄的增N點（diǎn）就是長水口保護，此（cǐ）處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼（gāng）水中夾（jiá）雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料對管（guǎn）線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：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（de）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（yǔ）Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效（xiào）地去除鋼中Al2O3夾雜物。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（bèi）吸附鎂鈣（gài）質耐（nài）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來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的（de）活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力（lì）越強。

鎂鈣質耐（nài）火材料的抗侵蝕性能（néng）：梁義兵等（děng）人采用靜態坩堝法研（yán）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（yún）石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿（jiǎn）度較（jiào）低的VOD爐（lú）渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。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的抵抗高堿度熔渣的（de）侵蝕（shí）和滲透能力，這是因（yīn）為渣與鎂鈣材料作（zuò）用析出C3S，使材料表層致（zhì）密化而有效抑製熔渣的滲透。低（dī）堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要（yào）是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

衢州鎂（měi）磚之鎂（měi）鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研（yán）究

鎂鈣碳磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。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定性、抗熱（rè）震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性能同時取決於CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性（xìng）能越好，淨化鋼水的效果也越好（hǎo）；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（jiū）：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐（lú）的初期（qī）渣、中期渣和終期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實（shí）驗（yàn）。實驗結果表明：初期（qī）渣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，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；可是中期（qī）渣和（hé）終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕（shí）損率反而（ér）分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為（wéi）其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研（yán）究結果（guǒ）表明（míng）鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的（de）CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫（tuō）P等，適合冶煉鋼的（de）電爐爐襯。

白（bái）雲石質（zhì）耐火（huǒ）材（cái）料對潔（jié）淨鋼的影響

潔淨（jìng）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少，而且尺（chǐ）寸很小和形態得到控製，合金元（yuán）素成分（fèn）精準（zhǔn）並（bìng）且分布均（jun1）勻（yún），使（shǐ）鋼（gāng）材具有高性能、高品質（zhì）。在鋼水從（cóng）冶煉到精煉的整個過程中，耐（nài）火材料始終與鋼水接觸，一般耐（nài）火材料（liào）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。