徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究（jiū）提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對（duì）鋼水的淨化作用，總是認為（wéi）耐火材（cái）料或多（duō）或少地會對鋼水產生汙染。可是通（tōng）過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐火材（cái）料的理論研究和實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼（gāng）水，反而能淨化（huà）鋼水，並且也不（bú）汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火（huǒ）材料主要包括白雲石（shí）質耐火材料、鎂白（bái）雲石質耐火材料（liào）、鎂（měi）鈣（gài）質耐火（huǒ）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（yuán）料的定型或（huò）不定（dìng）形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用（yòng）性能，MgO含量（liàng）越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力（lì）越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫（wēn）蠕變越大，抗剝落性能和脫（tuō）硫（liú）、脫磷（lín）的效果（guǒ）越好（hǎo），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）設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐火材（cái）料對淨化鋼水（shuǐ）作用的影響

潔淨鋼、特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，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化（huà）學成分和均勻化（huà）等。鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）中的遊離CaO，易與鋼（gāng）水中的S、P等雜質反應，使其轉移（yí）到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢（shì）很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用（yòng）於冶煉低氧鋼（gāng），是爐外精煉冶煉（liàn）潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐（nài）火材料。近年來（lái），為了淨化鋼（gāng）水、延長爐襯壽（shòu）命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許（xǔ）多試驗研（yán）究，取（qǔ）得了很好的結果。

MgO在（zài）真空條件下容（róng）易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數（shù））就可（kě）使MgO相對揮發性（xìng）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，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼（gāng）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（de）高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能（néng）要低。要使O含（hán）量低，就要選擇氧勢盡可能（néng）低的耐火材料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態存在（zài），在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，而（ér）CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂（měi）鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度（dù）高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的（de）鎂鈣質耐火（huǒ）材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱（rè）震穩定性（xìng）高、抗渣滲透性好（hǎo），特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反應生成高熔點化合（hé）物C2S或（huò）C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉（liàn），其H主要來（lái）自熔渣或精煉設備內襯耐火（huǒ）材料的水分及有機添加物。熱力學分（fèn）析認為：要在（zài）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。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影（yǐng）響（xiǎng）：王龍光等人認（rèn）為MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力學穩（wěn）定性高，具有（yǒu）很低的（de）氧平衡分（fèn）壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水（shuǐ）增氧的有效材料。

耐火（huǒ）材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂（měi）鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更（gèng）好，脫S率達（dá）70.12%；超（chāo）過45min，脫（tuō）S率降低，出現“回S”現象。為了（le）使鋼包獲得有效（xiào）的（de）脫S效果，使用白雲石質鋼包內（nèi）襯是很（hěn）必要的（de），這樣一方麵可以盡可能降（jiàng）低鋼包內襯的再氧化（huà）能力，另一方麵可（kě）以避（bì）免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火（huǒ）材（cái）料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對（duì）鋼中P含量的（de）影（yǐng）響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度（dù）降低。

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

耐（nài）火（huǒ）材料對鋼中H(氫（qīng）)含量的影響：耐火材料中（zhōng）的水分（fèn）以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產（chǎn）生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保（bǎo）護套（tào）管保護主流時，有（yǒu）機粘結（jié）劑導致吸H。對鋼包、中（zhōng）間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材（cái）料（liào）對鋼中N(氮)含量的（de）影響：傳（chuán）統耐火材（cái）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分解對鋼水造成增N。更大的增（zēng）N量在鋼包與中間（jiān）包（bāo）之間，保護套（tào）管非（fēi）常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐（nài）火材料對鋼水中夾雜物的（de）影響（xiǎng）：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火材料對管（guǎn）線（xiàn）鋼鋼（gāng）水潔淨化（huà）的（de）影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣（gài）質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐（nài）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）耐火材料中的CaO反（fǎn）應，如CaO與Al2O3反應（yīng）生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左（zuǒ）右（yòu），可有（yǒu）效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料表（biǎo）麵，形成保護層，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（céng）中；在鎂鈣質耐火材料中的活性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（liào）的抗侵蝕性能：梁義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（liàng）高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較（jiào）強。燒成白雲（yún）石磚（zhuān）基質部分致密程度高，較不燒（shāo）白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣（zhā）嚴重（chóng）得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣（zhā）侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣（gài）磚，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（liào）具有良好的（de）抵抗高堿度（dù）熔渣的侵蝕和滲透能力，這是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（shèn）透。低堿度熔（róng）渣具有較（jiào）強的侵蝕和（hé）滲透能力，主要是熔渣對（duì）基質的強溶（róng）蝕並滲透作用。

中山鎂（měi）磚之（zhī）鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具（jù）有更好的（de）真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的（de）性能同時（shí）取決於CaO及C的含量。CaO含量越高（gāo），抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好（hǎo）；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵（qīn）蝕研究：崔淑賢（xián）等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中（zhōng）期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵（qīn）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，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕（qīng），是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和（hé）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（yīn）為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，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氧化（huà）性（xìng）和熱震穩（wěn）定性好，抗酸性熔（róng）渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適（shì）合冶煉鋼的電爐爐（lú）襯。

白雲石質（zhì）耐火材（cái）料對（duì）潔淨鋼的影響

潔淨（jìng）鋼係（xì）指鋼中有害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金屬（shǔ）夾雜物不（bú）僅（jǐn）數量少，而且尺寸（cùn）很小和形態得到控製，合金元素（sù）成分精準並且分布（bù）均勻，使鋼材具（jù）有（yǒu）高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼（gāng）水接觸，一（yī）般耐火材料對鋼水或多或（huò）少總有些汙染，唯有白雲石質即（jí）鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中（zhōng）的非金屬夾雜物，而（ér）且（qiě）不汙染環境。