徐平坤

以前（qián），從煉（liàn）鋼工藝的角度研究提高鋼的（de）純淨度，沒有考慮與鋼水直接接（jiē）觸的耐火材料對鋼（gāng）水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可（kě）是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐（nài）火材料的理（lǐ）論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料（liào）不但不汙染（rǎn）鋼水，反（fǎn）而能淨（jìng）化鋼水，並且也不汙染環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼包等（děng）爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣（gài）質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原（yuán）料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為（wéi）1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂白雲石質耐火材料、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（dìng）型或不（bú）定形耐（nài）火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用（yòng）鎂石與白雲石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）的變（biàn）化影響鎂鈣質製品的高溫使（shǐ）用性（xìng）能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和（hé）脫硫、脫（tuō）磷的效果越好，但抗水化和（hé）抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因（yīn）此，應該根據爐外（wài）精煉等熱工設備的不同部位使用條件（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鋼水作用的影響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼（gāng）等對鋼中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需（xū）要爐外精煉（liàn）除去鋼中雜質及夾雜物以（yǐ）及脫氣、調（diào）整（zhěng）化學成分和均勻化等。鎂（měi）鈣質耐火材料中的遊離（lí）CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜質反（fǎn）應（yīng），使（shǐ）其轉移到爐渣中，具有除（chú）去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的（de）氧（yǎng）勢很低（dī），鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低（dī）氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為（wéi）了淨化鋼水、延長爐襯壽（shòu）命、降低耐（nài）火材料消耗，研究人（rén）員對白雲石（shí）質耐火材料進行了許多試驗（yàn）研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容（róng）易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發性（xìng）是有（yǒu）影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相（xiàng）對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中（zhōng），要使鋼水S含量低（dī），熔渣必須是CaO含量高的高堿度（dù）渣，並且鋼水（shuǐ）中（zhōng）溶解的O含量盡可能（néng）要低。要使O含量低，就（jiù）要選擇（zé）氧勢盡可能低的耐（nài）火材料，Mg與Ca在高溫（wēn）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（yīng）該選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采（cǎi）用（yòng）CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此（cǐ），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CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔（róng）渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空（kōng）精煉，其H主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。熱力學分（fèn）析（xī）認為：要在（zài）1200℃下長（zhǎng）期（qī）烘烤，充分排除其中的水分，就（jiù）不存在鋼水中氫（H）含（hán）量增高（gāo）問題。

鎂鈣質（zhì）耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含（hán）量的影響：王龍光等人認（rèn）為MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力學穩定性高（gāo），具有很低的氧平（píng）衡（héng）分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增（zēng）氧的有（yǒu）效材料。

耐（nài）火材料對鋼中S的影響：田琳等（děng）人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料（liào）的脫S效果。結果（guǒ）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，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的（de）脫S效果，使用白雲石質鋼包（bāo）內襯是很必要（yào）的，這樣一方麵可以盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可（kě）以避（bì）免強還原條件（jiàn）下鋼包渣導（dǎo）致耐火材料的過度消耗（hào）。

耐（nài）火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的（de）影響。實驗結果表明：當澆注料（liào）中w（CaO）為25%時，鋼中P含量（liàng）大幅度降（jiàng）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（xiǎo）幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火（huǒ）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（yǒu）機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程（chéng）中，鋼包和中間包係統中使（shǐ）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（xiào）地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼（gāng）中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來（lái）氮化物在（zài）耐火材料中（zhōng）應用受到關注（zhù），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，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田（tián）琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的（de）夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水（shuǐ）夾雜物數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可與（yǔ）鎂鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合物，熔點約為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（suān）二鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣)高熔（róng）點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵（miàn），形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材（cái）料表麵（miàn）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（xìng）CaO含量越高，吸附鋼水（shuǐ）中夾雜物的能力越強。

鎂（měi）鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等人采（cǎi）用靜態坩堝法研究3種（zhǒng）不鏽（xiù）鋼（gāng）冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試（shì）驗結果得出，CaO含量高的白（bái）雲石磚抗高（gāo）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度高（gāo），較不燒白（bái）雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣（zhā）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（dǐ）抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具（jù）有良（liáng）好（hǎo）的抵（dǐ）抗高堿度熔渣的（de）侵蝕和滲（shèn）透能力，這（zhè）是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致（zhì）密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿（jiǎn）度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作（zuò）用。

五家渠鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂（měi）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（kōng）穩定性、抗熱震（zhèn）性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的（de）含量。CaO含量越高，抗剝（bāo）落性能越（yuè）好，淨化鋼水的效果也（yě）越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性（xìng）能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期（qī）渣、中期渣和（hé）終期渣分（fèn）別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的（de）侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層（céng）；可是中期渣和終期渣，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渣（zhā）中∑FeO溶解，所（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重。

孫惠章（zhāng）等人研究結（jié）果表明鎂白雲石碳磚高溫抗（kàng）氧化（huà）性和熱震穩（wěn）定性好，抗酸（suān）性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫（tuō）P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石（shí）質耐火（huǒ）材料對潔淨（jìng）鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成（chéng）分精準並（bìng）且分布均勻，使鋼（gāng）材（cái）具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火（huǒ）材料始（shǐ）終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少（shǎo）總有些汙染，唯（wéi）有白雲石質即鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且（qiě）不汙染環境（jìng）。