徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角（jiǎo）度研究提高（gāo）鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火材（cái）料（liào）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（shēng）汙染。可是通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐火材料的理（lǐ）論研究和（hé）實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化（huà）鋼（gāng）水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂（měi）鈣質耐火材料的（de）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（bǐ）值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括（kuò）白（bái）雲石質（zhì）耐火材（cái）料、鎂白（bái）雲石質耐火材（cái）料、鎂鈣質耐火材料。

其中（zhōng），白雲石質耐火材料是指全（quán）部用煆燒或電熔的白雲（yún）石做原料的定型或（huò）不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石（shí）合成的（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（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和（hé）抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高（gāo）SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果（guǒ）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（shè）備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐（nài）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（de）影響

潔淨鋼（gāng）、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要（yào）求嚴（yán）格，需要爐外精煉（liàn）除去鋼中雜質及夾雜物以及脫（tuō）氣、調整化學成（chéng）分和均（jun1）勻化等。鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的（de）遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到（dào）爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能（néng）。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，是爐外精煉冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯（chèn）壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了（le）許多試驗研究，取得了很好的結（jié）果。

MgO在真空條（tiáo）件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分（fèn）數）就可使MgO相對揮（huī）發性大大降低。因（yīn）此，MgO質（zhì）材料中（zhōng）加入一定量（liàng）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質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反（fǎn）應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含（hán）量高（gāo）的高堿度渣，並且鋼水中溶解的（de）O含量盡可能要（yào）低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設備應（yīng）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CaO含量（liàng）高即堿度（dù）高（gāo）的熔渣有利脫P，因此，用（yòng）CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫（tuō）P。

鎂（měi）鈣質耐火材料的熱震穩定（dìng）性高、抗渣滲透性（xìng）好，特（tè）別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成（chéng）高熔點化合物C2S或C3S,形成（chéng）保護層，從而抑製熔渣的滲（shèn）透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自（zì）熔渣或精煉設（shè）備內襯耐（nài）火材（cái）料的水分及有機添（tiān）加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排（pái）除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂（měi）鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影（yǐng）響：王龍光（guāng）等人認為（wéi）MgO—CaO耐火材料（liào）中的CaO熱力學（xué）穩定性高，具有很低的氧（yǎng）平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），被認為是防止（zhǐ）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（gài）磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料的脫S效果。結果表明（míng）：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率（lǜ）達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回（huí）S”現象。為了（le）使鋼（gāng）包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很（hěn）必（bì）要的，這樣一方麵可（kě）以盡可能降（jiàng）低（dī）鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還（hái）原條件下（xià）鋼包渣導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（cái）研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量（liàng）的影響。實驗結果表（biǎo）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（liàng），鋼（gāng）中P含量僅（jǐn）有小幅度降低。

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

耐火材料對鋼中H(氫（qīng）)含量的（de）影響：耐火材料中的水分以（yǐ）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（guò）程中，鋼包和中間包係統（tǒng）中使用保護套管保護主流（liú）時，有（yǒu）機粘結劑導致（zhì）吸H。對鋼包、中間包烘烤（kǎo），能（néng）有（yǒu）效地降低鋼水的吸H量。

耐火（huǒ）材料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳（chuán）統耐火材（cái）料（liào）N含量很低，近年（nián）來氮化物在耐火材料中應用（yòng）受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間（jiān）包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口（kǒu）保護，此處增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳（lín）等（děng）人研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料（liào）對管線鋼鋼水潔淨（jìng）化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火（huǒ）材料能去除鋼水中（zhōng）的夾（jiá）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（kě）與鎂鈣耐火（huǒ）材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生（shēng）成Ca12Al4O3的複合化（huà）合物（wù），熔點約為1400℃左右，可有（yǒu）效地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合（hé）物被吸附鎂（měi）鈣質耐火材料表麵，形（xíng）成保護（hù）層（céng），或者從鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵上剝落（luò）下（xià）來上浮至保護渣層中；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。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜（jìng）態坩堝法研究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，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度（dù）渣侵（qīn）蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高（gāo）堿度（dù）渣（zhā）嚴重得多。相對而言（yán），燒成（chéng）的（de）鎂鈣磚抵抗低（dī）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低堿（jiǎn）度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔（róng）渣的侵蝕和滲（shèn）透能（néng）力，這是因為渣與鎂鈣材（cái）料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透（tòu）。低堿度熔渣具有（yǒu）較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並（bìng）滲透作（zuò）用。

伊春（chūn）鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚（zhuān）的性（xìng）能（néng）及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂碳磚具有更好（hǎo）的真空穩（wěn）定性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚的（de）性（xìng）能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨（jìng）化（huà）鋼水的效果也（yě）越好；C含（hán）量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗剝落性能越（yuè）強（qiáng）。

鎂鈣碳磚的抗侵（qīn）蝕研究：崔（cuī）淑賢等人采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚及（jí）鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗（yàn）結果表明：初（chū）期渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）比（bǐ）MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的（de）界麵上產生了C2S保（bǎo）護層；可是中期渣和終（zhōng）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（wēn）中及被渣（zhā）中∑FeO溶解，所以（yǐ）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）性和熱震穩定性好（hǎo），抗酸性（xìng）熔渣（zhā）能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水（shuǐ）的脫O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉（liàn）鋼的（de）電爐爐襯（chèn）。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔（jié）淨鋼係指（zhǐ）鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金屬夾雜物（wù）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（zhì）。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接（jiē）觸，一般耐火材料對鋼水（shuǐ）或多或少總有些汙（wū）染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜（zá）物，而且不汙染（rǎn）環境。