徐平坤

以前，從煉鋼（gāng）工藝的角度研究提高鋼（gāng）的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和（hé）實際試驗，得出鎂（měi）鈣質材料不但不汙染鋼水（shuǐ），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裝置中（zhōng）應用日（rì）益增加（jiā）。

白（bái）雲石與鎂鈣質耐火材料（liào）的（de）特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然礦物原料，煆燒後的理論（lùn）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材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐（nài）火材料。

其中，白雲（yún）石質耐火材料是指全（quán）部用煆燒或電（diàn）熔（róng）的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂（měi）白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白（bái）雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的變化影響鎂鈣質製品的高（gāo）溫使用性能，MgO含量（liàng）越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）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（kàng）剝落性能和脫硫、脫磷的（de）效果越好，但抗水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等（děng）熱（rè）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（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨（jìng）鋼、特（tè）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（lú）外精煉（liàn）除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離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其（qí）轉移到（dào）爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼（gāng），是爐外精煉（liàn）冶（yě）煉潔淨鋼（gāng）、純淨鋼、特殊鋼等（děng）設備的（de）耐火材（cái）料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材（cái）料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得（dé）了很好的結果。

MgO在真空條件下容易（yì）揮發，而CaO對MgO的（de）揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分（fèn）數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加（jiā）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質耐火材料更合適。

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（de）O含量盡可能要低（dī）。要使O含（hán）量（liàng）低，就要選擇氧勢盡可能低（dī）的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶（róng）解度很小，而CaO的（de）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，但鋼包中采用（yòng）CaO含量高即堿度高的熔渣有利（lì）脫（tuō）P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同（tóng）樣也有利脫P。

鎂鈣質耐（nài）火材料的熱震穩定性高、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（wù）C2S或C3S,形成保護層（céng），從而抑製熔渣（zhā）的（de）滲透。

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（chèn）耐火（huǒ）材料的水（shuǐ）分及有機（jī）添（tiān）加物。熱力（lì）學分（fèn）析認為：要在1200℃下長期（qī）烘（hōng）烤，充分排除其中（zhōng）的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼（gāng）水（shuǐ）性能的影響

耐火材料對鋼（gāng）中氧含量的（de）影響：王龍光（guāng）等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱（rè）力學穩（wěn）定性（xìng）高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的（de）溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有（yǒu）效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗（yàn）研究鎂鈣磚（zhuān）與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐（nài）火材料的脫（tuō）S效果（guǒ）。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲（huò）得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的（de），這樣一方麵可以盡可能降低鋼包（bāo）內襯的再氧化能力，另一方（fāng）麵可以避免強還原條件下（xià）鋼包渣導致耐火材料的（de）過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼中P含（hán）量（liàng）的影響（xiǎng）。實驗結果表明：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由（yóu）原始的0.1%降低到0.01%，進一步提（tí）高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼（gāng）水（shuǐ）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（yòng）時（shí），鋼水僅發生輕微增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的H含量產生顯著影響。連鑄過（guò）程中，鋼（gāng）包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑（jì）導致吸H。對鋼包、中間包烘烤（kǎo），能有效地降低鋼水的吸H量。

耐（nài）火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很（hěn）低，近年（nián）來氮化物在（zài）耐火材料中應用受到關（guān）注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包（bāo）與中間（jiān）包之間，保護套（tào）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（zá）物的影響：田琳等（děng）人研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材料對（duì）管線鋼（gāng）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（zhōng）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（gài）耐火（huǒ）材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右（yòu），可有效地去除鋼（gāng）中（zhōng）Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化（huà）合（hé）物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂鈣質耐（nài）火材料表麵上剝落（luò）下來上浮至保護渣層中；在鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料中的活性CaO含量（liàng）越高，吸附鋼水中夾雜物（wù）的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝（guō）法研究（jiū）3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含（hán）量高的白雲石磚抗高堿度的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，較不燒白雲石磚具（jù）有（yǒu）更好的抗高堿度（dù）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（dù）渣嚴重得（dé）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（shāo）鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料（liào）具（jù）有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和（hé）滲透能力（lì），這是因為（wéi）渣（zhā）與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有（yǒu）效抑製熔渣的滲透。低堿度熔（róng）渣具有較強（qiáng）的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的（de）強溶蝕並滲透作用。

忻州鎂磚之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）較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂（měi）鈣磚的特（tè）性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩（wěn）定性、抗熱震（zhèn）性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性（xìng）能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越（yuè）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強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔（cuī）淑賢等人采用煉鋼（gāng）轉爐的初（chū）期渣、中期（qī）渣（zhā）和終（zhōng）期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚的侵蝕進行（háng）實驗。實驗（yàn）結果表明：初（chū）期渣（zhā）MgO—C磚蝕損率比（bǐ）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（de）侵蝕較輕，是（shì）因為在磚（zhuān）的（de）界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分（fèn）別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其（qí）在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕（shí）嚴重。

孫惠章等人研究結（jié）果表明鎂白雲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（qiě）磚中的CaO有利於（yú）鋼水（shuǐ）的（de）脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐（lú）爐襯。

白雲石質耐火材料對潔（jié）淨鋼的影響

潔淨鋼（gāng）係（xì）指鋼中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼（gāng）水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料（liào）始終與鋼水接（jiē）觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有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（ér）且不汙染環境。