徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料（liào）的理論研究（jiū）和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用（yòng）日益增加（jiā）。

白雲石（shí）與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是（shì）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（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火（huǒ）材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲（yún）石做（zuò）原料的定型或不（bú）定形耐火材料；鎂白雲石和（hé）鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的（de）耐火材料（liào）。MgO、CaO含量的變（biàn）化（huà）影響鎂鈣質（zhì）製品的高溫使用性能，MgO含量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力（lì）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（xiào）果越好，但抗水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性（xìng）能越差。因此，應該根據（jù）爐外精煉等熱工設備的不同部（bù）位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐火材料對淨化（huà）鋼（gāng）水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼（gāng）中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求（qiú）嚴格，需要爐外精煉除去（qù）鋼中雜質及夾（jiá）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CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使（shǐ）其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨（jìng）化鋼水的功能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料也適合（hé）用於冶煉低氧鋼（gāng），是爐外精煉冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備（bèi）的耐（nài）火材料。近年（nián）來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材（cái）料進（jìn）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的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數（shù））就可使MgO相對揮（huī）發性大大降低。因此，MgO質材料中加入（rù）一定量的CaO製成MgO—CaO質（zhì）耐火（huǒ）材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更（gèng）合（hé）適。

鋼水中（zhōng）的脫S反應中，要（yào）使鋼水S含量低，熔渣必（bì）須是CaO含（hán）量高的高堿度渣，並且鋼水中（zhōng）溶解的O含量（liàng）盡可（kě）能要（yào）低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火（huǒ）材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在（zài），在鋼水中的溶解（jiě）度很小，而（ér）CaO的氧勢也很小，因此，精煉（liàn）設備應（yīng）該選用鎂鈣（gài）質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材（cái）料同樣也有利脫P。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的熱震穩定性高（gāo）、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲（shèn）入會與MgO-CaO耐火材料（liào）中的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H含量的問題，采用真（zhēn）空精煉，其H主要來自熔渣或精（jīng）煉設備內襯耐火材料的水分及有機添（tiān）加物。熱力學分析認為（wéi）：要在1200℃下長期烘烤，充分排（pái）除其中的水（shuǐ）分，就不（bú）存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣（gài）質耐（nài）火（huǒ）材料對鋼水（shuǐ）性能的影響

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

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究（jiū）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。結果表明：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（shǐ）鋼包獲得有效的脫S效（xiào）果，使用白雲石質鋼包內（nèi）襯（chèn）是很必要的，這樣一方（fāng）麵可以盡可能降低鋼包（bāo）內襯的再氧（yǎng）化能力，另一（yī）方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導（dǎo）致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才（cái）研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結（jié）果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含量大幅度降低，由（yóu）原始的0.1%降低到0.01%，進（jìn）一步提高CaO含量，鋼中P含量（liàng）僅有小幅度降低。

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

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

耐（nài）火（huǒ）材料對鋼中N(氮)含量的影響：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受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的（de）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點就是長水口保護，此處增（zēng）N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物（wù）的影響：田琳等人研究了（le）鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反（fǎn）應30min的情（qíng）況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼（gāng）水中的夾雜物，其餘的堿性耐火（huǒ）材料均使鋼水夾雜物數量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等（děng）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（hé）化合物（wù），熔（róng）點約（yuē）為1400℃左右，可有效地去除鋼（gāng）中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生（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（chéng）保護層，或者從（cóng）鎂鈣質耐火材料表麵（miàn）上剝落（luò）下來上浮至保（bǎo）護渣層中；在鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力（lì）越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵（qīn）蝕性能：梁義兵（bīng）等人采用靜態坩（gān）堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結（jié）果得出，CaO含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（bú）燒白雲石磚具有更（gèng）好的（de）抗（kàng）高堿度渣侵蝕性。堿度較低（dī）的（de）VOD爐渣對（duì）三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言（yán），燒成的鎂鈣磚抵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（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低（dī）的鎂（měi）鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔（róng）渣的侵蝕（shí）和滲透能力，這是因為渣與（yǔ）鎂鈣材料作用析出C3S，使材（cái）料表層致密（mì）化而有效抑製（zhì）熔渣的滲（shèn）透。低堿度熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕（shí）和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用（yòng）。

萬（wàn）寧鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚（zhuān）的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚（zhuān）主要性（xìng）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（gèng）好的真（zhēn）空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的（de）性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性（xìng）能越好（hǎo），淨化鋼水的（de）效果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落性（xìng）能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵（qīn）蝕研究：崔淑賢等（děng）人采用煉鋼轉（zhuǎn）爐（lú）的初期渣、中期渣和終期渣（zhā）分別對（duì）鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表（biǎo）明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層（céng）；可是中期渣（zhā）和（hé）終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反（fǎn）而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中（zhōng）∑FeO溶（róng）解，所以比MgO—C磚侵蝕（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化性和熱震穩定性（xìng）好，抗酸性熔渣能力強；而且（qiě）磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉（liàn）鋼的電（diàn）爐爐襯。

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）含量非常少，非金屬夾雜（zá）物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成（chéng）分精準並且分布均勻，使（shǐ）鋼材（cái）具有高性能、高品質。在鋼水從（cóng）冶煉（liàn）到精煉的整個過程中，耐火材料（liào）始終與鋼水接觸，一般耐（nài）火材料對鋼水或多或少總有些（xiē）汙染，唯有白雲石質即（jí）鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金（jīn）屬夾（jiá）雜物，而且不汙染環境。