徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直（zhí）接接（jiē）觸的耐火材料對鋼水的淨化（huà）作用，總（zǒng）是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生（shēng）汙染。可是通過對白（bái）雲石（shí）質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不（bú）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。

白雲石（shí）與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然礦物原料，煆燒後（hòu）的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火材料（liào）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（liào）。

其中，白雲石質耐火材料是指（zhǐ）全部用煆燒或電熔（róng）的白雲（yún）石（shí）做原料（liào）的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐（nài）火（huǒ）材料。MgO、CaO含量的變化影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（yuè）強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高（gāo）溫蠕變越大，抗剝落性能和（hé）脫硫、脫磷的效果越好（hǎo），但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越（yuè）差（chà）。因此，應該根據爐外精煉等（děng）熱工設（shè）備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響（xiǎng）

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（liàng）要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以（yǐ）及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂（měi）鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜（zá）質反應，使其轉移到爐渣中（zhōng），具（jù）有除（chú）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（gāng），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，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得（dé）了很（hěn）好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性（xìng）是（shì）有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的（de）CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料，在（zài）高溫（wēn）真空條件下使用比純MgO質（zhì）耐火（huǒ）材料更合適。

鋼水中的脫（tuō）S反應中（zhōng），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（gāng）水中溶（róng）解的O含（hán）量盡可能要低。要使O含（hán）量低，就要選擇氧勢盡可能低的（de）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，而CaO的氧（yǎng）勢（shì）也很小（xiǎo），因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料（liào）。溫度升高不利於（yú）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（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也（yě）有利脫P。

鎂鈣質耐火材（cái）料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別（bié）是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的（de）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（zhì）熔渣的滲透。

關（guān）於H含量的問題，采用真空精煉，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（xī）認為：要在1200℃下長期烘烤，充分（fèn）排除其（qí）中的水分，就（jiù）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

耐火材料對鋼中（zhōng）氧含量的影響（xiǎng）：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力學（xué）穩（wěn）定性高，具有很低（dī）的氧平衡分（fèn）壓（yā），在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材（cái）料對鋼中S的影響：田琳等（děng）人試驗（yàn）研究鎂鈣磚（zhuān）與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結（jié）果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫（tuō）S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出現“回S”現象（xiàng）。為了使鋼包獲（huò）得有效（xiào）的脫S效果，使用白雲石質（zhì）鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能（néng）降低鋼（gāng）包內襯的再氧化能力，另一方（fāng）麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消（xiāo）耗。

耐火材料對（duì）鋼中（zhōng）P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中（zhōng）P含量的影（yǐng）響。實驗結果表明：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（gāng）中P含量僅有小幅度降低。

耐火（huǒ）材料（liào）對鋼水碳含量的影響（xiǎng）：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增（zēng）C，當同一（yī）製品第二次使用時，鋼（gāng）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中（zhōng）的有機粘結劑會（huì）對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄（zhù）過程中，鋼包和中（zhōng）間包係統中使用保護套管保（bǎo）護主流時，有機粘結（jié）劑導（dǎo）致吸H。對鋼包（bāo）、中間包烘烤，能有效地（dì）降低鋼水的吸H量。

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

耐火材料對（duì）鋼水中夾雜物的影（yǐng）響：田琳等人研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材料對（duì）管線鋼鋼水潔淨化的影響，實（shí）驗表明：在反應（yīng）30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材（cái）料能去除鋼水（shuǐ）中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物（wù）數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火材料（liào）中的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高熔點（diǎn）化合物被吸附鎂（měi）鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐（nài）火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣（zhā）層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的（de）能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗（kàng）侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶（yě）煉（liàn）用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高（gāo）的白雲石磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成（chéng）白雲石磚基質部分（fèn）致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性（xìng）。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕（shí）和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕性明（míng）顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣（gài）磚抵抗低（dī）堿度渣侵（qīn）蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵（qīn）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（ér）有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具（jù）有較強的侵蝕和（hé）滲透能力，主要是（shì）熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用（yòng）。

武漢鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚（zhuān）種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂（měi）鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真（zhēn）空穩定性（xìng）、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決（jué）於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝（bāo）落性能越好，淨化鋼水的效果（guǒ）也越好；C含量越高，抗渣侵（qīn）蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采（cǎi）用煉鋼轉（zhuǎn）爐的初期渣、中期渣（zhā）和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：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（jié）構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率（lǜ）反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因（yīn）為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明（míng）鎂白（bái）雲石碳磚高（gāo）溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗（kàng）酸性熔渣（zhā）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襯。

白雲石質耐（nài）火材（cái）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、高品質。在鋼水從冶（yě）煉到精煉（liàn）的整個（gè）過程中，耐火材料（liào）始（shǐ）終與鋼水接觸（chù），一般（bān）耐火材（cái）料對鋼水或（huò）多（duō）或少總有些汙染，唯有白雲石質（zhì）即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼（gāng）中的非金屬夾（jiá）雜物，而且不汙染環境（jìng）。