徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度（dù）研究提高鋼（gāng）的（de）純（chún）淨度，沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火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（kě）是通過對白雲石質（鎂鈣（gài）質）耐火材料（liào）的理論研究和實際試（shì）驗，得出（chū）鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨（jìng）化鋼（gāng）水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉（liàn）裝置中應用日益增加。

白雲石（shí）與鎂鈣質耐火材料的特征（zhēng）

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為（wéi）1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括（kuò）白雲石（shí）質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火（huǒ）材料。

其中，白（bái）雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石（shí）做原料的定型或不定形耐火材（cái）料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的（de）耐火材料。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（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和抗水化能力越強；CaO含量（liàng）越高，抗（kàng）高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫（liú）、脫（tuō）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熱工設備的不同部位使用條件，合理選（xuǎn）擇（zé）鎂鈣質耐（nài）火材料中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對（duì）淨化鋼水作用（yòng）的影響

潔（jié）淨（jìng）鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質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（hé）均勻化等。鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的遊離CaO，易與鋼水中（zhōng）的S、P等雜質（zhì）反應（yīng），使其轉移（yí）到爐渣中，具（jù）有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢（shì）很低，鎂鈣（gài）質耐火材料也適合用（yòng）於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材（cái）料。近年來，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（duì）白雲石質耐（nài）火材料進行（háng）了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下（xià）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）就可使MgO相對揮發性大大降低（dī）。因（yīn）此，MgO質材料（liào）中加入一（yī）定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在（zài）高溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

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O含量盡（jìn）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（yǔ）Ca在高溫下以氣態存（cún）在，在鋼水中的溶（róng）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火材料。溫度升高不利（lì）於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿（jiǎn）度高的熔渣有利（lì）脫P，因（yīn）此，用CaO含量（liàng）高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特（tè）別是熔（róng）渣中SiO2滲（shèn）入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合（hé）物C2S或（huò）C3S,形成保護層，從而（ér）抑製熔渣的滲透。

關於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（liào）的（de）水分及有機添加物。熱力學（xué）分析認為：要在（zài）1200℃下長期烘（hōng）烤，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（cái）料對鋼水（shuǐ）性能的影響

耐火材料對鋼中（zhōng）氧含（hán）量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的（de）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，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

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（fǎn）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（xiàn）象。為了使鋼包獲得（dé）有（yǒu）效的（de）脫S效果，使用白（bái）雲（yún）石質鋼包（bāo）內襯是很必要的（de），這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能（néng）力，另一方麵可以避免強還原條（tiáo）件下鋼包渣導致耐火材（cái）料的過度消耗。

耐（nài）火材料對鋼（gāng）中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對（duì）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（yī）步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降（jiàng）低（dī）。

耐火材料對鋼（gāng）水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水（shuǐ）顯著（zhe）增C，當同一製（zhì）品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫（qīng）)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘（zhān）結劑會對鋼水（shuǐ）中（zhōng）的H含量產（chǎn）生顯著影響（xiǎng）。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保（bǎo）護套管保護主（zhǔ）流時，有機粘結（jié）劑導致吸H。對鋼包、中（zhōng）間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材（cái）料對（duì）鋼中N(氮)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（huǒ）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N量在鋼包與中間包之間，保（bǎo）護（hù）套管非常（cháng）重要，連鑄的增N點就是長（zhǎng）水口保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料（liào）對鋼水中夾雜（zá）物的影響：田琳等人研（yán）究了鎂鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗（yàn）表（biǎo）明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火（huǒ）材料能去除鋼水中的夾雜（zá）物，其餘的堿（jiǎn）性耐火材（cái）料均使鋼（gāng）水夾雜物數（shù）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（yuē）為1400℃左右，可有效地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。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（xià）來上浮至（zhì）保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性（xìng）CaO含量越（yuè）高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁（liáng）義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽（xiù）鋼冶煉用鎂（měi）鈣磚（zhuān）的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚（zhuān）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，較不燒（shāo）白雲石（shí）磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐（lú）渣對（duì）三（sān）種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而（ér）言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於不燒鎂鈣磚，CaO含（hán）量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的（de）抵抗高堿度熔（róng）渣的（de）侵蝕和滲透能力（lì），這是因為渣與鎂鈣材料（liào）作用（yòng）析出C3S，使材料表層致密化（huà）而有效（xiào）抑（yì）製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有（yǒu）較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透作（zuò）用（yòng）。

煙台鎂磚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磚較燒成鎂鈣磚種類複（fù）雜。除具備鎂鈣磚的特性外（wài），鎂鈣（gài）碳（tàn）磚比鎂碳磚具有更好（hǎo）的真空穩定性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性（xìng）能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好（hǎo），淨化鋼水的效果也越（yuè）好；C含量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗剝（bāo）落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼（gāng）轉爐的初（chū）期渣、中期（qī）渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及（jí）鎂碳磚的侵蝕（shí）進行實驗。實驗結果（guǒ）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（miàn）上產生了C2S保護層；可（kě）是中期渣和終期（qī）渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為其（qí）在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比（bǐ）MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白（bái）雲石碳磚高溫抗（kàng）氧化性和熱震穩定（dìng）性（xìng）好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼水的脫（tuō）O、脫S、脫P等，適（shì）合冶煉鋼的電爐爐襯。

白（bái）雲石質耐火材料對潔淨鋼的（de）影響

潔淨（jìng）鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常（cháng）少，非金（jīn）屬夾雜物不（bú）僅數（shù）量少，而且尺（chǐ）寸（cùn）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（zhì）。在鋼水從冶煉到（dào）精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水（shuǐ）接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少（shǎo）總有（yǒu）些汙染，唯有白雲石質（zhì）即（jí）鎂鈣質耐火材料（liào）能淨化鋼水，除去鋼（gāng）中的非金屬夾雜物，而且不汙染（rǎn）環（huán）境。