徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考（kǎo）慮與鋼水直接接觸（chù）的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是（shì）認為耐火材料或多或少（shǎo）地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣（gài）質（zhì））耐火材料的理論研究和實（shí）際試驗，得出（chū）鎂鈣質材料（liào）不但不汙染鋼水，反而能淨化（huà）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）應用日益增加。

白雲石（shí）與鎂鈣質耐火材（cái）料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理（lǐ）論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包（bāo）括白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂白雲石質耐火（huǒ）材（cái）料、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做原料的定型或不定形耐火材料（liào）；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂（měi）石與白（bái）雲石（shí）合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響（xiǎng）鎂鈣質製品的（de）高溫使用性能（néng），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（bāo）落性能和脫（tuō）硫、脫磷（lín）的效果越好，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工設備的不同部位（wèi）使用條件，合理選擇（zé）鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼（gāng）等（děng）對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質（zhì）及夾雜物以及（jí）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（yì）與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨（jìng）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）於冶（yě）煉低氧鋼，是爐外（wài）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（rén）員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結（jié）果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響（xiǎng）的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相（xiàng）對揮發性大（dà）大降低。因此，MgO質材料中加入（rù）一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在高溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐火（huǒ）材料（liào）更合適。

鋼水中的脫S反（fǎn）應中，要（yào）使鋼水（shuǐ）S含量低，熔渣必（bì）須是CaO含量高的高堿（jiǎn）度渣，並且鋼水中溶（róng）解的O含（hán）量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇（zé）氧勢盡可能低的耐火材料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態存（cún）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P，但鋼包（bāo）中采用CaO含（hán）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（tuō）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SiO2滲（shèn）入會與MgO-CaO耐火材料中的（de）CaO反應生成（chéng）高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透（tòu）。

關於H含量的（de）問題，采用真空精煉，其H主（zhǔ）要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及（jí）有機添加物（wù）。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不（bú）存在鋼（gāng）水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料（liào）對鋼水性（xìng）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（cái）料中的CaO熱力學穩定性高，具有很（hěn）低的氧平衡分壓，在鋼水中（zhōng）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（liào）對鋼中S的影響（xiǎng）：田琳等人試驗研（yán）究鎂鈣磚與鋼水中S的反應（yīng），檢（jiǎn）驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時（shí），脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低（dī），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（bì）要的，這樣一（yī）方麵可以（yǐ）盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可（kě）以避免強還原條件下鋼（gāng）包（bāo）渣導致耐火材料的過度消（xiāo）耗。

耐火材料（liào）對鋼中P含量的影響（xiǎng）：匡加才研究MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼（gāng）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（fú）度降低，由原始的（de）0.1%降（jiàng）低（dī）到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降（jiàng）低。

耐火材（cái）料對（duì）鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯（xiǎn）著增（zēng）C，當同一製品第二次使用時，鋼水（shuǐ）僅發生（shēng）輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響（xiǎng）：耐火材料中的水分以及其（qí）中（zhōng）的有機粘結劑會對鋼水中（zhōng）的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼（gāng）包和中間包係統中使用保（bǎo）護套管保護主流時，有（yǒu）機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤（kǎo），能（néng）有效地降低鋼（gāng）水（shuǐ）的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含（hán）量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮（dàn）化物在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，保護（hù）套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可（kě）達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材料對管線鋼（gāng）鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況（kuàng）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夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的（de）CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸（xī）附鎂鈣質耐火材（cái）料表麵，形成保護（hù）層，或（huò）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活性CaO含（hán）量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力（lì）越強。

鎂鈣質耐火材料（liào）的抗侵蝕性能：梁義兵等（děng）人采用靜態坩堝法研究3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量（liàng）高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕（shí）和滲（shèn）透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不（bú）燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐渣對三種磚的（de）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（yú）不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚（zhuān）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侵蝕和（hé）滲透能力，這是（shì）因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致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，主要是（shì）熔渣對基質的強（qiáng）溶蝕並滲透作（zuò）用（yòng）。

烏海鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣（gài）碳磚主（zhǔ）要性能（néng）：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣磚種類複（fù）雜。除（chú）具備鎂鈣磚的（de）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。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的（de）效果也越好；C含量越高，抗（kàng）渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采（cǎi）用煉鋼轉爐（lú）的初期渣、中期渣和（hé）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（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產（chǎn）生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）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磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人（rén）研究結果表明鎂白雲（yún）石碳磚高溫抗氧化性和熱（rè）震穩定性好，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P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白（bái）雲石質耐火（huǒ）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）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形（xíng）態得到（dào）控製，合金元素成（chéng）分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高（gāo）品質。在鋼水從（cóng）冶煉到精煉（liàn）的整個過程中，耐火材料始終與鋼（gāng）水（shuǐ）接觸，一般耐火材料（liào）對鋼水或（huò）多或少總有些汙染，唯有（yǒu）白雲石質即鎂鈣質耐火材料能（néng）淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。