徐平坤

以前，從煉鋼工藝的（de）角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接接（jiē）觸的耐火材（cái）料對鋼水（shuǐ）的淨化作用，總是認（rèn）為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂（měi）鈣質）耐火（huǒ）材料的理（lǐ）論研究和實際試驗，得出鎂鈣質（zhì）材料不但不汙染鋼水，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裝置中應用日益增加。

白（bái）雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

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

其（qí）中，白雲（yún）石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料是用（yòng）鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）的（de）變（biàn）化影（yǐng）響鎂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熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能（néng）和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此（cǐ），應該根據爐外精（jīng）煉等熱工設備的不同部位使（shǐ）用條件，合理選擇鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼（gāng）水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）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、調整化學成分和均勻（yún）化等。鎂鈣質耐火材料中的（de）遊離CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等雜（zá）質反應，使其轉移到爐（lú）渣中，具有除去雜質、淨化（huà）鋼水的（de）功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料也適合用（yòng）於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉（liàn）潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料（liào）。近（jìn）年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料（liào）消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的（de）結果。

MgO在真空條件下容易（yì）揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響（xiǎng）的，含有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數）就可使MgO相對揮發性大大降低（dī）。因此（cǐ），MgO質材料中加（jiā）入一定（dìng）量的CaO製成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在高溫（wēn）真空條件下使（shǐ）用比純（chún）MgO質耐火材料更合適。

鋼（gāng）水中的脫S反應中，要使鋼水（shuǐ）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（hán）量低，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，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），而CaO的氧勢也很小（xiǎo），因（yīn）此，精煉設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利（lì）於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有（yǒu）利脫P，因此，用CaO含（hán）量高的鎂鈣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、抗渣滲透（tòu）性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火（huǒ）材料中的CaO反應生成高熔（róng）點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而（ér）抑製熔渣的滲透。

關於H含量（liàng）的問題，采用真空精煉，其（qí）H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的（de）水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充（chōng）分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問（wèn）題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼（gāng）中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很（hěn）低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是（shì）防止鋼（gāng）水增氧的有效材料（liào）。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗（yàn）研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質（zhì）耐火材料的脫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（yǒu）效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的（de）再氧化能力（lì），另（lìng）一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐（nài）火材料（liào）的過（guò）度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡（kuāng）加才研究（jiū）MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼（gāng）中P含量的影響。實（shí）驗結果表明：當澆注料（liào）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（bù）提高CaO含量，鋼中P含（hán）量僅有小幅度降低。

耐火材料對（duì）鋼水碳（tàn）含量的（de）影響：實驗表明，使用含（hán）C耐（nài）火材（cái）料（liào），鋼水（shuǐ）顯著增C，當同一製品第二次使用（yòng）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（qí）中的有機粘結劑會對鋼水（shuǐ）中的H含量產生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使（shǐ）用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間（jiān）包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐（nài）火材料對鋼中（zhōng）N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在（zài）耐火材料中應用受（shòu）到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護（hù）套管非常重要（yào），連鑄的增N點就是長水口保（bǎo）護，此處增N可（kě）達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響（xiǎng）：田琳等人研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼（gāng）水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料能去除（chú）鋼水中的夾（jiá）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等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可（kě）有效地去除鋼中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質耐火材料表（biǎo）麵，形（xíng）成保護層，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（shuǐ）中夾雜物的能力（lì）越強。

鎂（měi）鈣質耐火材料的抗（kàng）侵蝕性能：梁義兵（bīng）等人采用靜（jìng）態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉（liàn）用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚（zhuān）抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透（tòu）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（yǒu）更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重（chóng）得多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明（míng）顯好（hǎo）於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含（hán）量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具（jù）有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因（yīn）為渣與鎂（měi）鈣材料作（zuò）用析出C3S，使材料（liào）表層致密化而有效抑製熔渣（zhā）的滲透。低堿度熔渣具有較（jiào）強的侵（qīn）蝕和滲透能力，主要是（shì）熔（róng）渣對基（jī）質的強溶蝕並滲透作用。

東城鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更（gèng）好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性（xìng）能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗（kàng）剝落性（xìng）能越好，淨化鋼水（shuǐ）的效果也越（yuè）好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵（qīn）蝕研究：崔淑賢（xián）等人（rén）采用煉鋼轉爐（lú）的初期（qī）渣、中期渣和終期（qī）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（lǜ）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（zhuān）的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了（le）C2S保（bǎo）護層；可是中期（qī）渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚的蝕（shí）損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為其在高溫中（zhōng）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（bái）雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸（suān）性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐（lú）襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響（xiǎng）

潔淨鋼係指（zhǐ）鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬（shǔ）夾雜物不僅數量少，而（ér）且尺寸很小和形態得到控製（zhì），合金元素成分（fèn）精（jīng）準並（bìng）且分布均勻，使鋼（gāng）材具（jù）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觸，一般耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）水或多或少總（zǒng）有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼（gāng）中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。