徐平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒（méi）有考慮與（yǔ）鋼水直（zhí）接接觸的耐火材料對（duì）鋼水的淨化作用（yòng），總是認（rèn）為耐火材（cái）料或多或少地會對鋼水產生汙（wū）染。可是通（tōng）過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料（liào）的理論研究和實際試驗（yàn），得出鎂鈣質材料（liào）不但不汙染鋼水，反而能淨（jìng）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（yīng）用日（rì）益增加。

白雲石與（yǔ）鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料的（de）特征

白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是（shì）天然礦物原料，煆燒後的理論（lùn）組成為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（bái）雲石（shí）質耐火（huǒ）材料、鎂白雲石（shí）質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全（quán）部用煆燒或電熔的（de）白（bái）雲石做（zuò）原料的定（dìng）型或不定形耐（nài）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（hán）量的變化（huà）影響鎂鈣質製品（pǐn）的高溫使用性能，MgO含（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越（yuè）強；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強（qiáng），高溫（wēn）蠕變越大（dà），抗剝落性能和脫硫、脫磷的（de）效果越（yuè）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備的不同部位使用條件，合理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐火材料對淨（jìng）化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼等（děng）對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等（děng）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、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離（lí）CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜質反應（yīng），使其轉移到爐渣中，具有（yǒu）除去雜質、淨（jìng）化鋼水的功能。由於（yú）CaO的（de）氧勢很低（dī），鎂鈣質耐火材料也適合用於冶（yě）煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近（jìn）年來，為了淨化（huà）鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研（yán）究（jiū）人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的（de）揮發性是有影響的，含（hán）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（yī）定（dìng）量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材料（liào），在高溫真空條件下使用比（bǐ）純（chún）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（bì）須是（shì）CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可（kě）能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐（nài）火材（cái）料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐（nài）火材料。溫度升（shēng）高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高（gāo）即（jí）堿度高的熔渣（zhā）有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂（měi）鈣質耐火材料同樣也有利（lì）脫P。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是（shì）熔渣中SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐火材料中的（de）CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於（yú）H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔（róng）渣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（xī）認為：要在1200℃下長期烘烤（kǎo），充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火（huǒ）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（dī）的氧平衡分（fèn）壓（yā），在鋼水中的溶解度很小，被認（rèn）為是防止鋼水（shuǐ）增氧的（de）有（yǒu）效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人（rén）試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中S的反應（yīng），檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反（fǎn）應45min時，脫S效（xiào）果更好，脫（tuō）S率（lǜ）達70.12%；超（chāo）過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包（bāo）獲得有效的脫（tuō）S效（xiào）果，使用白雲石質鋼包內襯是很必（bì）要的，這樣一方麵（miàn）可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中（zhōng）P含量的影響：匡加才研（yán）究MgO—CaO質澆注料對鋼中（zhōng）P含量的影響。實（shí）驗結果表明：當澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大（dà）幅（fú）度降低（dī），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（fú）度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯（xiǎn）著增C，當（dāng）同一製（zhì）品第二次使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增C。

耐火材料對鋼（gāng）中H(氫)含（hán）量的影響：耐火材料中的（de）水分（fèn）以及其（qí）中的（de）有機粘結劑會對鋼（gāng）水（shuǐ）中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有（yǒu）機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包（bāo）烘烤，能有（yǒu）效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中（zhōng）N(氮)含量的影響：傳統耐火（huǒ）材（cái）料N含（hán）量很低，近年（nián）來氮化物在耐火材料中應用受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增（zēng）N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要（yào），連（lián）鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料（liào）對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材料對管（guǎn）線鋼鋼水（shuǐ）潔淨（jìng）化的影響，實驗表明：在反應（yīng）30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中（zhōng）的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾雜物可（kě）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（róng）點約為1400℃左右，可有效地去除（chú）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（róng）點化（huà）合物被吸附鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂鈣質耐火材料（liào）表（biǎo）麵上剝落（luò）下來上浮至（zhì）保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸（xī）附鋼水中（zhōng）夾雜物的能力越（yuè）強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人（rén）采（cǎi）用靜態（tài）坩（gān）堝法研究3種不（bú）鏽（xiù）鋼（gāng）冶煉用鎂鈣磚（zhuān）的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石（shí）磚抗（kàng）高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能（néng）力比較強。燒成白雲石磚基質部分（fèn）致密程度高，較不燒（shāo）白雲（yún）石磚具有更好的（de）抗高堿度渣侵蝕性。堿度較（jiào）低的VOD爐渣對三（sān）種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得（dé）多。相對而言（yán），燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低（dī）的鎂（měi）鈣磚。鎂鈣（gài）質材（cái）料具有良好的抵抗高堿度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（yǒu）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，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

濟寧鎂（měi）磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種（zhǒng）類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳磚的性（xìng）能同（tóng）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（qiáng）。

鎂鈣碳磚的（de）抗侵蝕（shí）研（yán）究：崔淑賢等（děng）人采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對（duì）鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚（zhuān）的侵蝕進行實驗。實驗（yàn）結果表（biǎo）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（gòu）剝（bāo）落，蝕損最嚴重（chóng）；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚（zhuān）的界麵上產生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣（zhā）和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高（gāo）0.4%和1.2%，因為（wéi）其在高溫中及被渣中∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人（rén）研究結（jié）果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和（hé）熱（rè）震穩定性好（hǎo），抗酸性熔渣能（néng）力強；而且磚（zhuān）中的CaO有利於鋼水的脫O、脫（tuō）S、脫P等（děng），適合冶煉（liàn）鋼的電爐爐襯。

白雲石質（zhì）耐（nài）火材料對潔（jié）淨（jìng）鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害（hài）成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜（zá）物不僅數量少（shǎo），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（gāo）品質。在鋼水從冶煉到精（jīng）煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接（jiē）觸，一般（bān）耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染（rǎn），唯有白雲石質即鎂鈣（gài）質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的（de）非金屬夾雜物，而且不汙染（rǎn）環境。