徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼（gāng）水直接接觸的耐火（huǒ）材料對鋼水的淨化作（zuò）用，總是認為耐火材料或多或少（shǎo）地會對鋼（gāng）水產生汙染。可是通過對白雲石質（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、精煉鋼包等爐（lú）外精煉裝置中（zhōng）應用日益（yì）增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材（cái）料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是（shì）天然礦物原（yuán）料（liào），煆燒後的理論組（zǔ）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、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲（yún）石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的（de）白（bái）雲石做原料的定型或不定形（xíng）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的耐火材料（liào）。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質（zhì）製品的高溫使用性（xìng）能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量（liàng）越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫（wēn）蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果（guǒ）越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱（rè）工設備的（de）不同部位使用條件（jiàn），合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化（huà）鋼水作用的影響（xiǎng）

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等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除（chú）去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成（chéng）分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊（yóu）離CaO，易與（yǔ）鋼（gāng）水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶煉低（dī）氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設（shè）備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、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行了（le）許多試驗（yàn）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（xìng）是有影（yǐng）響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相（xiàng）對揮發（fā）性大大（dà）降（jiàng）低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使（shǐ）鋼水S含量（liàng）低（dī），熔渣必須是CaO含量（liàng）高的（de）高堿度渣，並且鋼水中溶解的（de）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（xià）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（jīng）煉設（shè）備應該（gāi）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（jiǎn）度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火（huǒ）材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材（cái）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耐火材料中的CaO反（fǎn）應生成高熔點化合物C2S或C3S,形（xíng）成保（bǎo）護（hù）層，從而抑製熔渣的滲透（tòu）。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐（nài）火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（hōng）烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中（zhōng）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（nài）火材料對鋼中氧含量（liàng）的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力（lì）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，被認為是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中（zhōng）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S效果更好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫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，這樣一方麵（miàn）可以盡可能降（jiàng）低鋼包（bāo）內襯（chèn）的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的（de）過（guò）度消耗（hào）。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加（jiā）才研究（jiū）MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影（yǐng）響。實（shí）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（jiàng）低到0.01%，進一步提高CaO含量（liàng），鋼中（zhōng）P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水（shuǐ）碳含量的影響：實驗表明，使用（yòng）含C耐火材料，鋼水顯（xiǎn）著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微（wēi）增C。

耐火材料對鋼中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中（zhōng）的（de）H含（hán）量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間（jiān）包係（xì）統中使用保護套管保護主（zhǔ）流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地（dì）降低鋼水的吸（xī）H量。

耐（nài）火（huǒ）材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年（nián）來氮化物（wù）在耐火材（cái）料（liào）中應用受（shòu）到（dào）關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間（jiān）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（cǐ）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（lín）等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火材料對管（guǎn）線鋼鋼水潔（jié）淨化的影（yǐng）響，實驗（yàn）表（biǎo）明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能（néng）去除（chú）鋼水中的夾（jiá）雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。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（de）複合化（huà）合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應生成（chéng）C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣（gài）)高（gāo）熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護（hù）層，或（huò）者從鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）表麵（miàn）上剝落（luò）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（yuè）高，吸附鋼水中夾雜物的能（néng）力越強。

鎂鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕性能：梁義兵（bīng）等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗（kàng）渣性。試驗（yàn）結果（guǒ）得（dé）出，CaO含量（liàng）高的白雲（yún）石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能力比（bǐ）較（jiào）強。燒成（chéng）白雲（yún）石磚基質部分致密程度高（gāo），較不（bú）燒白雲（yún）石磚具（jù）有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿（jiǎn）度較低的VOD爐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（shāo）成的鎂鈣（gài）磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵（qīn）蝕性（xìng）明顯好於（yú）不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵（qīn）蝕（shí）能力好於CaO含量低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度（dù）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，使材料表層致密化而有（yǒu）效抑製熔（róng）渣的滲透。低堿度熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是熔（róng）渣對基質的強溶蝕並滲透作用（yòng）。

沈陽鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的（de）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。除具備鎂（měi）鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具（jù）有（yǒu）更好的真空穩定性（xìng）、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚的（de）性（xìng）能同時取決於CaO及C的含量。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，抗渣侵蝕和抗剝落性能越（yuè）強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔（cuī）淑賢等（děng）人采用（yòng）煉鋼轉（zhuǎn）爐的初（chū）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（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，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）渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別（bié）比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因（yīn）為其在高溫中（zhōng）及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等（děng）人研究結果表明鎂白雲石（shí）碳（tàn）磚高溫抗氧化（huà）性和熱震穩定性好（hǎo），抗酸性（xìng）熔渣能（néng）力強；而且（qiě）磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含量（liàng）非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺（chǐ）寸很（hěn）小和形（xíng）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（zài）鋼水從（cóng）冶煉到精煉的整個過程（chéng）中，耐火材料始終與鋼水接觸，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淨化鋼水，除去鋼中的非（fēi）金屬（shǔ）夾雜物，而且不（bú）汙染環境（jìng）。