徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的（de）純淨度，沒（méi）有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨（jìng）化作用，總是認為耐（nài）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（鎂鈣質）耐火材料的（de）理論研究和實際（jì）試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反（fǎn）而能淨化鋼水（shuǐ），並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等（děng）爐外（wài）精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與（yǔ）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（hòu）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白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料。

其中（zhōng），白（bái）雲（yún）石質耐火材料（liào）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（bái）雲石和鎂鈣質耐（nài）火材料是用鎂石與白雲石（shí）合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影（yǐng）響鎂（měi）鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫（wēn）蠕變（biàn）越大，抗剝落（luò）性能和（hé）脫硫、脫磷的效果越（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（děng）熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石（shí）質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

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（děng）夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外（wài）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（zhōng）的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質（zhì）反應，使（shǐ）其轉移到爐渣（zhā）中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶煉（liàn）潔淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊鋼等（děng）設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延（yán）長爐襯壽命、降（jiàng）低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材（cái）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（duì）MgO的揮發性（xìng）是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大（dà）降低。因此，MgO質材（cái）料中加入（rù）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。

鋼水中的脫S反應（yīng）中，要使鋼水S含量低（dī），熔渣必須是CaO含量高的（de）高堿度渣（zhā），並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。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（zài）高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼（gāng）包中（zhōng）采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利（lì）脫P，因此，用（yòng）CaO含量（liàng）高的鎂鈣質耐火材料（liào）同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的（de）熱（rè）震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐（nài）火材料中的CaO反應生成高熔（róng）點（diǎn）化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的（de）滲透。

關於H含量的（de）問題，采用（yòng）真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱（rè）力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其（qí）中（zhōng）的水分，就（jiù）不存在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對鋼水性能（néng）的影響

耐火材料對鋼中（zhōng）氧含量的影響：王龍（lóng）光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩（wěn）定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的（de）溶解度很小，被認（rèn）為是防止鋼水增氧的有效材（cái）料。

耐（nài）火材料對鋼中S的影響：田琳（lín）等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫（tuō）S效果更（gèng）好，脫S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫S率降低，出現“回S”現象（xiàng）。為了使鋼包獲得有效的脫（tuō）S效果（guǒ），使（shǐ）用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡（jìn）可能降（jiàng）低（dī）鋼（gāng）包（bāo）內襯（chèn）的再氧化能力，另一（yī）方麵可以（yǐ）避免強還原條件下鋼包（bāo）渣導致耐火（huǒ）材料的（de）過度消耗。

耐火（huǒ）材料對（duì）鋼中P含量的影（yǐng）響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗（yàn）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含量僅有小幅度降低（dī）。

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，鋼水顯著增C，當同（tóng）一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕（qīng）微增C。

耐（nài）火材料對鋼中（zhōng）H(氫)含量的影響（xiǎng）：耐火（huǒ）材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對（duì）鋼水中的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，有機粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼包、中間（jiān）包烘（hōng）烤（kǎo），能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的（de）影響（xiǎng）：傳統耐（nài）火材料N含量很低，近年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量在鋼包與中間包之間（jiān），保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水（shuǐ）口保護（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料（liào）對鋼水中夾（jiá）雜物的影響：田（tián）琳（lín）等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火材料（liào）對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）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等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與（yǔ）Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複（fù）合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除（chú）鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生（shēng）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麵，形成保護層，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活性CaO含量越高，吸附鋼（gāng）水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法（fǎ）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（gāo）的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和（hé）滲透能力比較強。燒成白（bái）雲石磚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（duì）三種（zhǒng）磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕性（xìng）明顯好於不燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的燒成（chéng）鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質（zhì）材料具有良（liáng）好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與（yǔ）鎂鈣材料（liào）作（zuò）用析出（chū）C3S，使材料表層致密化而（ér）有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣（zhā）具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是（shì）熔渣（zhā）對基質的強溶（róng）蝕並滲透作用。

齊齊哈爾鎂磚（zhuān）之鎂鈣（gài）碳磚的性能及抗侵蝕（shí）的研究

鎂鈣碳磚主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂（měi）鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性（xìng）外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚（zhuān）具有更好的（de）真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳磚的性能同（tóng）時取決（jué）於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能（néng）越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂（měi）鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢（xián）等人采用煉（liàn）鋼轉爐的初期渣、中期渣和（hé）終期渣（zhā）分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚（zhuān）的侵（qīn）蝕進行實驗。實驗結果表（biǎo）明：初期渣MgO—C磚蝕損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產生結構剝（bāo）落，蝕（shí）損（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是（shì）因為在磚的界麵上產生了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0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）中及被（bèi）渣中∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明（míng）鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好（hǎo），抗酸性熔（róng）渣能力強；而且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適（shì）合冶煉鋼的（de）電爐爐襯（chèn）。

白雲石質耐（nài）火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少，非（fēi）金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控（kòng）製（zhì），合金元素（sù）成分精準並且分布均勻，使（shǐ）鋼材具有高性能、高品（pǐn）質。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，一般耐火材（cái）料對鋼水或多或少總（zǒng）有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。