徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的（de）純淨度，沒有考慮與（yǔ）鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認（rèn）為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙（wū）染。可是通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實（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（zhēng）

白（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦（kuàng）物原料（liào），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（bái）雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料（liào）、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石（shí）做原料的定型或不定形耐（nài）火材料（liào）；鎂白雲石和鎂鈣質耐（nài）火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣（gài）質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水（shuǐ）化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變（biàn）越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能越差（chà）。因此，應（yīng）該根據爐（lú）外精煉等熱工（gōng）設備的不（bú）同部位使用條件（jiàn），合理（lǐ）選擇（zé）鎂鈣質（zhì）耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨（jìng）化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中（zhōng）的雜質O、S、P、C、H、N等元（yuán）素（sù）及SiO2、Al2O3等（děng）夾雜（zá）物的含量要求嚴格，需要爐外精煉（liàn）除（chú）去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整（zhěng）化學成（chéng）分和均勻化等。鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等（děng）雜質反（fǎn）應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用（yòng）於（yú）冶煉低（dī）氧鋼，是爐外精煉冶（yě）煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等（děng）設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐（lú）襯（chèn）壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行（háng）了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真（zhēn）空條件下容易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質（zhì）材料中（zhōng）加入一定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料（liào），在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼（gāng）水中的脫S反應中，要使鋼（gāng）水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度（dù）渣，並且鋼水中溶（róng）解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就（jiù）要選擇（zé）氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態（tài）存在，在鋼水中的溶解度很小，而（ér）CaO的氧勢也很小（xiǎo），因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料（liào）。溫度升（shēng）高不利（lì）於脫P，但鋼包中采用（yòng）CaO含（hán）量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱（rè）震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐火材料中的CaO反（fǎn）應生（shēng）成高熔（róng）點化合物C2S或C3S,形成保護（hù）層（céng），從而抑製熔渣的滲透。

關於（yú）H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精（jīng）煉設（shè）備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學（xué）分析認為（wéi）：要（yào）在1200℃下長（zhǎng）期烘烤（kǎo），充分（fèn）排除其中（zhōng）的水分，就不（bú）存在鋼水（shuǐ）中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼（gāng）中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料（liào）中的CaO熱力學穩定性高（gāo），具有很低（dī）的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼（gāng）水增氧的有效材（cái）料。

耐（nài）火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研（yán）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（guǒ）。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫S率降低（dī），出現“回S”現象（xiàng）。為了使鋼包獲得（dé）有效的脫S效果，使用（yòng）白雲石質鋼包內襯是很（hěn）必要的，這樣一（yī）方麵可以盡可能降低（dī）鋼包內襯的再氧化（huà）能力（lì），另一方（fāng）麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度消耗。

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

耐火（huǒ）材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含（hán）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C。

耐（nài）火材料對鋼中H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火材料（liào）中的水分以及其中的（de）有機粘結劑會對鋼水中的（de）H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和（hé）中間（jiān）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、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的（de）影響：傳（chuán）統耐（nài）火材料N含量很低，近（jìn）年來氮化物在耐（nài）火材料中應用受到關注，如Sialon分（fèn）解對（duì）鋼水造成（chéng）增N。更（gèng）大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處（chù）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（yán）究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材（cái）料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在（zài）反應30min的情況下（xià），隻有鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料能去除鋼水中（zhōng）的夾（jiá）雜物，其餘的堿性耐火材（cái）料（liào）均使鋼（gāng）水夾（jiá）雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可（kě）與鎂鈣耐火材料（liào）中的CaO反應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形（xíng）成保護層，或者從鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵上剝落下來上浮（fú）至保護（hù）渣層中；在鎂（měi）鈣質耐火材料中的活（huó）性CaO含（hán）量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂（měi）鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵（bīng）等人采用靜態坩堝法研究3種不（bú）鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高（gāo）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密程（chéng）度高，較不（bú）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（de）侵蝕和滲透比高堿度（dù）渣嚴重（chóng）得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好（hǎo）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（lì）好於（yú）CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材（cái）料作用析出C3S，使材料（liào）表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具（jù）有較強的（de）侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用（yòng）。

三明（míng）鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕（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。除具備鎂鈣磚（zhuān）的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真（zhēn）空穩定性、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝（bāo）落（luò）性能越好，淨化（huà）鋼水的效果（guǒ）也越好（hǎo）；C含（hán）量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研（yán）究：崔淑賢等人采用煉鋼（gāng）轉（zhuǎn）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（shí）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（jiè）麵上產生了C2S保護層（céng）；可是中期渣和終期渣（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕（shí）損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣（zhā）中∑FeO溶解，所以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲（yún）石碳磚（zhuān）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CaO有利於鋼（gāng）水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼（gāng）的電爐爐襯。

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）含量非常少，非金屬夾雜物（wù）不（bú）僅數量少，而且尺寸很（hěn）小和形態得到控製，合金元素成分精準（zhǔn）並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品（pǐn）質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始（shǐ）終與鋼水（shuǐ）接觸，一般耐火材料對鋼水或多或（huò）少總有些汙染，唯有（yǒu）白雲石質即鎂鈣質耐火材料能（néng）淨化鋼（gāng）水，除（chú）去鋼（gāng）中的非（fēi）金屬夾雜物，而且不汙染環境。