徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提（tí）高鋼的純淨度，沒有（yǒu）考慮（lǜ）與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火材料對鋼水（shuǐ）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。可是通（tōng）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（bú）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（liàn）裝置中應用日益增（zēng）加。

白雲石與（yǔ）鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是（shì）天然礦物原料，煆燒後的（de）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（bāo）括白雲石質耐火材料、鎂白雲（yún）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（zhǐ）全部用煆燒或電熔的白雲（yún）石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂（měi）白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）是用鎂石與白雲石合成的耐（nài）火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂（měi）鈣質製品的高溫使用性能，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（lì）越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，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（tóng）部位使用條（tiáo）件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中（zhōng）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、特殊鋼等對鋼中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等（děng）夾雜物的含（hán）量要求嚴格，需要爐外精煉除去（qù）鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整（zhěng）化學成分和均（jun1）勻化等。鎂鈣質耐火材（cái）料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其（qí）轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的（de）功能。由於CaO的氧勢很低（dī），鎂鈣質耐火（huǒ）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（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材（cái）料。近年來，為（wéi）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（nài）火（huǒ）材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在（zài）真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的（de）揮發性是有影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大（dà）大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫（wēn）真空條件下使用比純MgO質耐（nài）火（huǒ）材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡（jìn）可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火（huǒ）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（cǐ），精煉設備應該選用鎂鈣質耐火（huǒ）材料。溫度升（shēng）高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高（gāo）的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料同樣也有利脫（tuō）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（shèn）入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合（hé）物C2S或（huò）C3S,形成保護層，從（cóng）而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉（liàn），其（qí）H主（zhǔ）要來自熔渣或精（jīng）煉設備內（nèi）襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認（rèn）為：要在1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充（chōng）分排除其中的水分，就不存在鋼（gāng）水中（zhōng）氫（H）含量增高問題。

鎂（měi）鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐（nài）火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人（rén）認為MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力學穩定性（xìng）高，具（jù）有很低（dī）的氧平衡分（fèn）壓，在（zài）鋼水中的溶解度很小，被認為是防（fáng）止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳（lín）等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗（yàn）鎂鈣質耐火材料的脫（tuō）S效（xiào）果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更（gèng）好，脫S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫S率降低，出（chū）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（zhè）樣一方麵（miàn）可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力（lì），另一方麵可以避免強（qiáng）還原條件下鋼包渣導致耐火材料（liào）的過度（dù）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含量的影響。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（dào）0.01%，進一步提高（gāo）CaO含（hán）量，鋼中P含量僅有小幅度降低（dī）。

耐火材料對鋼（gāng）水（shuǐ）碳含量的影響：實驗（yàn）表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增（zēng）C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料（liào）中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響（xiǎng）。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，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降（jiàng）低鋼（gāng）水的吸H量。

耐火材料對鋼中（zhōng）N(氮)含量的影（yǐng）響：傳統耐火材料N含量（liàng）很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增（zēng）N。更大的增N量在鋼包（bāo）與中（zhōng）間包之間（jiān），保護套管非常重要，連鑄的（de）增N點就是（shì）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（huà）的影響，實驗表明：在反（fǎn）應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料（liào）能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材（cái）料均使鋼水（shuǐ）夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等（děng）夾雜物可（kě）與（yǔ）鎂鈣（gài）耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的（de）複合（hé）化合物，熔點約（yuē）為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）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（wù）被吸附鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形成保（bǎo）護層，或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（de）活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等（děng）人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣性。試驗結果得（dé）出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和（hé）滲（shèn）透（tòu）能力比較強。燒成白（bái）雲石磚基（jī）質部分致密程（chéng）度高，較（jiào）不燒白雲石磚具有（yǒu）更好的（de）抗高堿度渣侵蝕（shí）性。堿（jiǎn）度較低（dī）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，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具有良好（hǎo）的抵抗高（gāo）堿（jiǎn）度熔渣的侵（qīn）蝕和滲（shèn）透能力（lì），這是因（yīn）為渣與（yǔ）鎂鈣（gài）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。低堿度熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕和滲（shèn）透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

武清（qīng）鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的性能及抗侵（qīn）蝕的研究

鎂鈣（gài）碳（tàn）磚主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的（de）特性外，鎂鈣（gài）碳磚（zhuān）比鎂碳（tàn）磚具有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱震性（xìng）。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時取決於CaO及C的（de）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（kàng）剝落（luò）性能越強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人（rén）采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣（zhā）、中（zhōng）期渣和終（zhōng）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（zhuān）產生結構剝落，蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中（zhōng）期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高（gāo）0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）中及被渣中∑FeO溶（róng）解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗（kàng）氧化性和熱震穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣能力（lì）強；而且磚中的CaO有利於鋼水（shuǐ）的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉（liàn）鋼的（de）電爐爐襯。

白雲石（shí）質耐火材（cái）料對（duì）潔淨鋼（gāng）的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少（shǎo），非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸（cùn）很小和形態得到（dào）控製（zhì），合金元素（sù）成分（fèn）精準並且分布均勻（yún），使鋼材具有高性能、高（gāo）品質。在鋼（gāng）水從冶煉到精（jīng）煉的整個過程中，耐火材料始（shǐ）終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼（gāng）水或多或少總（zǒng）有些汙染，唯有白雲（yún）石質即鎂鈣（gài）質耐火材料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。