徐平坤

以前，從煉鋼（gāng）工藝的（de）角度（dù）研究提高鋼的（de）純淨度（dù），沒有考慮與鋼（gāng）水直接接觸的耐（nài）火材料對（duì）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（kě）是通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐（nài）火材料的（de）理論（lùn）研究和（hé）實際試驗，得出鎂鈣（gài）質材料不但不汙染（rǎn）鋼水，反而能淨化鋼（gāng）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。

白雲石與鎂鈣質耐（nài）火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是（shì）天然礦物（wù）原料，煆燒後的理論組成為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材（cái）料、鎂白雲石質（zhì）耐火材料、鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料。

其中，白雲石質耐火（huǒ）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（xíng）耐火材料；鎂（měi）白雲石和鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料是用鎂石與（yǔ）白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化（huà）影響鎂鈣質製品的高溫使用性能（néng），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（kàng）剝落性能和脫硫、脫磷的效（xiào）果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條（tiáo）件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石（shí）質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等（děng）對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元（yuán）素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜（zá）質及夾雜物以及脫氣、調整（zhěng）化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材（cái）料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨（jìng）化鋼水的功能（néng）。由（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合（hé）用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐（nài）火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐（lú）襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員（yuán）對白雲石質耐火材料（liào）進行了許（xǔ）多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條（tiáo）件下容易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮發性是（shì）有（yǒu）影響（xiǎng）的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就（jiù）可使MgO相對揮發性大大降低（dī）。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（cái）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。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低（dī）的耐火材（cái）料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼（gāng）水中的溶解度很小，而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（gāo）不利於脫P，但鋼包中采（cǎi）用CaO含量高即堿（jiǎn）度高的熔渣（zhā）有利脫P，因（yīn）此（cǐ），用CaO含量高的（de）鎂鈣質耐火材料同（tóng）樣也（yě）有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩（wěn）定（dìng）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反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從（cóng）而抑製熔（róng）渣的滲透（tòu）。

關於H含（hán）量的問題（tí），采（cǎi）用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備（bèi）內（nèi）襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分（fèn）析（xī）認為：要（yào）在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼（gāng）水中氫（H）含量增高（gāo）問題（tí）。

鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料對（duì）鋼水性（xìng）能的影響

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

耐火材料對鋼中S的影響：田琳（lín）等人試（shì）驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表（biǎo）明：在1600℃下（xià），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（wéi）了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫（tuō）S效果，使（shǐ）用白雲石質鋼包（bāo）內襯是很必要（yào）的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能（néng）力，另一方麵可以（yǐ）避免強還原條件下鋼包渣導致耐（nài）火材料（liào）的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量（liàng）的影響：匡（kuāng）加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量（liàng）的影（yǐng）響。實驗結果表明：當澆注料中（zhōng）w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低（dī），由原始的0.1%降低到0.01%，進一步（bù）提（tí）高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材（cái）料對鋼水碳含量的（de）影響：實（shí）驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著（zhe）增（zēng）C，當同一製品第二次使用時（shí），鋼水僅發生輕微增C。

耐火材（cái）料對鋼中H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火材料中的水分以及其（qí）中的有機粘結劑（jì）會對鋼（gāng）水中的H含量產（chǎn）生顯著影（yǐng）響（xiǎng）。連（lián）鑄過（guò）程中，鋼包和（hé）中間包係（xì）統中（zhōng）使用保護（hù）套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的（de）吸H量。

耐（nài）火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳統耐火材料N含（hán）量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如（rú）Sialon分解對鋼水造成（chéng）增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保（bǎo）護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料（liào）對鋼水中夾雜（zá）物的影響：田琳等人（rén）研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實（shí）驗表（biǎo）明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除（chú）鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼（gāng）水夾雜物數量增加。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，可有（yǒu）效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸（xī）附（fù）鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂（měi）鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮（fú）至保護渣（zhā）層中；在鎂鈣質耐火材料中的活（huó）性CaO含量越高（gāo），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（xìng）能：梁義兵等人采用靜態（tài）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含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲（shèn）透能力比較強。燒成白（bái）雲石磚基質部分致密程度高，較不（bú）燒白雲石磚具有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（qīn）蝕和滲透比高堿度渣嚴重得（dé）多。相對而（ér）言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒（shāo）鎂鈣磚，CaO含（hán）量高的燒成鎂（měi）鈣磚抵（dǐ）抗（kàng）低（dī）堿（jiǎn）度渣（zhā）侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好（hǎo）的抵抗高堿度熔（róng）渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用（yòng）析出C3S，使（shǐ）材料表層致密化而有效（xiào）抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較（jiào）強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作（zuò）用。

房山鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂鈣磚種類複雜。除（chú）具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳磚具有更（gèng）好的真（zhēn）空穩定性、抗熱（rè）震（zhèn）性。鎂鈣碳磚的性能同時取決（jué）於CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的（de）效果也（yě）越好；C含量（liàng）越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的（de）抗（kàng）侵蝕研（yán）究：崔淑（shū）賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和（hé）終期渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚的侵蝕進（jìn）行實驗。實驗結果表明（míng）：初期渣（zhā）MgO—C磚蝕損率（lǜ）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（de）侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上（shàng）產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕損率反而分（fèn）別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚（zhuān）侵（qīn）蝕（shí）嚴（yán）重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧（yǎng）化性和（hé）熱震穩定性好（hǎo），抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫（tuō）O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電（diàn）爐爐（lú）襯（chèn）。

白雲石（shí）質耐火材料對潔淨鋼（gāng）的影響

潔淨鋼係指鋼中（zhōng）有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不（bú）僅數（shù）量少，而且尺寸很小和形（xíng）態（tài）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。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與（yǔ）鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或（huò）多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材（cái）料能（néng）淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。