徐平坤

以前（qián），從煉鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼的純（chún）淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料（liào）對鋼水（shuǐ）的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地（dì）會對（duì）鋼水產生汙染。可是通（tōng）過對白雲石（shí）質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和（hé）實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙（wū）染鋼水，反而能淨化鋼水，並且（qiě）也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增（zēng）加。

白雲（yún）石與（yǔ）鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料的特征

白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆（duàn）燒後（hòu）的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火（huǒ）材料主要包括白雲石質耐（nài）火材料（liào）、鎂白雲（yún）石質耐火材料、鎂鈣質耐（nài）火材料。

其中，白雲石（shí）質耐火材（cái）料是指（zhǐ）全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型（xíng）或不定（dìng）形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料（liào）是用（yòng）鎂石與白雲石合成（chéng）的（de）耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗（kàng）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（néng）力越強，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（gōng）設備的不同部位（wèi）使（shǐ）用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材（cái）料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨（jìng）化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼等對鋼中（zhōng）的雜質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外（wài）精煉除去（qù）鋼中雜質及夾（jiá）雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的（de）遊離CaO，易與（yǔ）鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜（zá）質、淨（jìng）化鋼水（shuǐ）的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適（shì）合用於冶煉低氧鋼（gāng），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，為了淨化（huà）鋼水、延長爐襯壽命（mìng）、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲（yún）石質（zhì）耐火材料進行了許多（duō）試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下（xià）容易揮發，而CaO對MgO的揮（huī）發性是有影響的（de），含有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（zhì）材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐火材料（liào）更合適。

鋼水中的脫S反應（yīng）中，要使（shǐ）鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並（bìng）且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量（liàng）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（qì）態（tài）存在（zài），在鋼水中的溶解度很小，而（ér）CaO的氧勢也很小，因此（cǐ），精（jīng）煉設備應該選用鎂鈣質耐火（huǒ）材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣（gài）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（gāo）、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反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的（de）滲透。

關於H含量的問題，采（cǎi）用真空精煉，其H主要來自（zì）熔渣（zhā）或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要（yào）在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就（jiù）不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐（nài）火材料對鋼（gāng）中氧含（hán）量的影響：王龍光等人（rén）認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的（de）氧平衡分壓，在鋼水中（zhōng）的溶（róng）解（jiě）度很小，被認為是防（fáng）止（zhǐ）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（yīng），檢驗鎂鈣質耐（nài）火材料的脫S效果。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S率降低，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（nèi）襯是很必要的，這樣一方麵（miàn）可以盡可能降低鋼包內（nèi）襯的再氧化能（néng）力，另一方麵可以避免（miǎn）強還原條件下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度（dù）消耗。

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

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

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑（jì）會對鋼水中的H含量產生（shēng）顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係（xì）統中使用（yòng）保護套管保護主流時（shí），有機粘結劑（jì）導（dǎo）致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的（de）影響：傳統耐（nài）火（huǒ）材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分（fèn）解（jiě）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（chóng）要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增（zēng）N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對（duì）鋼水（shuǐ）中夾（jiá）雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對（duì）管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實（shí）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夾雜物，其餘的堿性耐火材料（liào）均使鋼水夾雜物數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右（yòu），可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和（hé）C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點化合物（wù）被吸附鎂鈣質耐火材（cái）料表麵，形（xíng）成保護層，或者從鎂鈣質耐（nài）火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的活性（xìng）CaO含量越（yuè）高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗（kàng）侵（qīn）蝕性（xìng）能：梁義（yì）兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性（xìng）。試驗結果得出，CaO含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，較不燒白雲石磚具有更（gèng）好的抗高（gāo）堿度渣侵蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐渣對三種（zhǒng）磚的侵蝕和滲透比高堿度渣（zhā）嚴（yán）重得多。相對而言，燒（shāo）成的鎂（měi）鈣（gài）磚抵（dǐ）抗（kàng）低堿度（dù）渣侵蝕性明（míng）顯好於不（bú）燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量（liàng）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（gài）質材料具有良好的抵抗（kàng）高（gāo）堿度（dù）熔（róng）渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂（měi）鈣（gài）材料作用（yòng）析出C3S，使材料表層致密（mì）化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質（zhì）的強溶蝕並滲透作用。

益（yì）陽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磚較燒成鎂鈣磚（zhuān）種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外（wài），鎂（měi）鈣碳磚比鎂碳（tàn）磚具有更好的真空穩定性、抗熱（rè）震性。鎂鈣碳磚的（de）性能（néng）同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能（néng）越強。

鎂鈣碳（tàn）磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用（yòng）煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和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（bǐ）MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產（chǎn）生結（jié）構剝落，蝕損（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護（hù）層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而（ér）分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫（sūn）惠章等（děng）人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔（róng）渣能力強；而且磚中的CaO有利於（yú）鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材（cái）料對潔淨鋼的（de）影響

潔淨鋼係指（zhǐ）鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量（liàng）非（fēi）常（cháng）少（shǎo），非金屬（shǔ）夾雜（zá）物（wù）不僅數量少，而且（qiě）尺寸很小和形態（tài）得到控製，合金元素成分（fèn）精準並且分布均勻，使鋼（gāng）材（cái）具（jù）有高性能（néng）、高品質。在（zài）鋼（gāng）水（shuǐ）從冶煉到精煉的整個過程（chéng）中，耐火材料始終與鋼水接觸（chù），一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯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，而且不汙染環（huán）境。