徐平坤

以前（qián），從煉鋼（gāng）工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材（cái）料對鋼水的淨化作用，總（zǒng）是認為耐火（huǒ）材料或多或少地會對鋼水（shuǐ）產（chǎn）生汙染（rǎn）。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理（lǐ）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（rǎn）環境，在（zài）AOD、VOD、精煉鋼包等（děng）爐外精煉裝置（zhì）中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原（yuán）料，煆燒後的理（lǐ）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（huǒ）材料（liào）、鎂白雲石質耐火材料（liào）、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲（yún）石質耐火材料是指全部用煆（duàn）燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲（yún）石合成的耐（nài）火材（cái）料。MgO、CaO含量的變化影（yǐng）響（xiǎng）鎂鈣質製品的高溫（wēn）使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的（de）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（jīng）煉等熱工（gōng）設備的不同部位使用條件，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（duì）淨化鋼水作用的影響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元（yuán）素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含（hán）量要（yào）求嚴格，需要爐外精煉除去（qù）鋼中雜（zá）質（zhì）及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化（huà）等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等（děng）雜質反應，使其轉（zhuǎn）移到爐渣（zhā）中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能（néng）。由於CaO的氧勢（shì）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（gāng）等設備（bèi）的耐火材料。近（jìn）年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽（shòu）命、降（jiàng）低（dī）耐（nài）火材料消耗（hào），研究人員對白雲石質耐火（huǒ）材料進行了許多（duō）試驗研究，取（qǔ）得了很好（hǎo）的結果。

MgO在真空條（tiáo）件下容易（yì）揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可使（shǐ）MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入（rù）一定量的CaO製成MgO—CaO質（zhì）耐火材料，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（de）脫S反應中（zhōng），要使鋼水S含量低，熔渣必須（xū）是CaO含量高的高（gāo）堿度渣，並且鋼（gāng）水中溶解的O含量盡可能（néng）要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐（nài）火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在（zài），在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，而CaO的氧勢也很（hěn）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P，但鋼包中（zhōng）采用CaO含量高（gāo）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料同樣也有（yǒu）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（zhōng）SiO2滲（shèn）入會與MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反應生成（chéng）高熔點（diǎn）化合物C2S或C3S,形成保護（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火材料的水分（fèn）及有機添加物（wù）。熱力學分析認為：要（yào）在1200℃下長期烘烤（kǎo），充分排除其中的水分，就不存在（zài）鋼水（shuǐ）中氫（qīng）（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐（nài）火材料對（duì）鋼（gāng）中氧含（hán）量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩（wěn）定性高，具有很（hěn）低的氧平衡（héng）分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的（de）影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反應（yīng），檢驗鎂鈣質耐火（huǒ）材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反（fǎn）應45min時，脫S效果更好，脫S率達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（xiào）的脫S效果，使用白雲石質（zhì）鋼包內襯是很（hěn）必要的，這樣一方麵可（kě）以盡可能（néng）降低鋼包內襯的再氧（yǎng）化能力，另（lìng）一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣（zhā）導（dǎo）致耐火材料的過度消耗（hào）。

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

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，鋼水顯著增C，當（dāng）同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量（liàng）的影響（xiǎng）：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影（yǐng）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（zhì）吸H。對鋼包（bāo）、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含（hán）量很低，近（jìn）年來氮化物在（zài）耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保（bǎo）護套管非常重要，連鑄的（de）增N點就是長水口保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等（děng）人研究了（le）鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼（gāng）水潔淨化（huà）的影響，實驗表（biǎo）明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火（huǒ）材料能去除鋼水中的（de）夾（jiá）雜（zá）物，其餘的堿性耐火材料（liào）均使鋼水（shuǐ）夾（jiá）雜物（wù）數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可（kě）與鎂鈣（gài）耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合（hé）物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可（kě）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（huà）合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來（lái）上浮至保護渣層中；在鎂鈣（gài）質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸（xī）附鋼水中夾（jiá）雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）性（xìng）能：梁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（zhuān）的抗渣性。試（shì）驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚（zhuān）抗高（gāo）堿度的AOD渣侵蝕和滲透（tòu）能力（lì）比較強。燒成（chéng）白雲石磚（zhuān）基質（zhì）部分致密程度（dù）高，較不燒白雲（yún）石（shí）磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對（duì）而（ér）言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕能力好於CaO含（hán）量（liàng）低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的（de）抵抗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（biǎo）層致密（mì）化而（ér）有效抑（yì）製熔（róng）渣的（de）滲（shèn）透（tòu）。低堿度熔渣具（jù）有（yǒu）較強的侵蝕和（hé）滲（shèn）透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用（yòng）。

遂寧鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的（de）性能（néng）及抗侵蝕（shí）的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒（shāo）成鎂鈣磚種類複雜。除具備（bèi）鎂鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具（jù）有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱震（zhèn）性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝落性能越好，淨化鋼（gāng）水的（de）效果也越好；C含量越高，抗渣侵（qīn）蝕和抗剝落性能（néng）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（chū）期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚的（de）侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕（shí）損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生（shēng）結（jié）構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕較輕，是因為（wéi）在磚的界麵上產生了C2S保護層（céng）；可是中期渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被（bèi）渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵（qīn）蝕嚴重。

孫惠（huì）章等人研究結果表明（míng）鎂白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CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等（děng），適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的（de）影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小（xiǎo）和形態得到控製，合金元素成分精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材具（jù）有高性能、高品質。在（zài）鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水（shuǐ）接觸，一般（bān）耐（nài）火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有白雲石質即鎂（měi）鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的（de）非金屬夾雜物，而且不汙（wū）染環境。