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（yǒu）考慮與鋼水直接接觸（chù）的耐火材料對鋼水的淨化作用，總（zǒng）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（měi）鈣（gài）質（zhì））耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣（gài）質材料（liào）不但（dàn）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日益增加。

白雲石與鎂鈣質（zhì）耐火材料的（de）特征

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

其（qí）中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒（shāo）或電熔的白雲石做原料的定型或（huò）不（bú）定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）的變化影響鎂鈣質製品（pǐn）的高溫使用性能，MgO含（hán）量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強（qiáng）；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫（liú）、脫磷的效果越好，但（dàn）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（bèi）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）。

白雲石質耐（nài）火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼等對鋼中（zhōng）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（fèn）和均（jun1）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，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於（yú）CaO的（de）氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼（gāng）等設備的耐（nài）火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料（liào）消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在（zài）真空條件下容易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮發性是有影響的（de），含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對（duì）揮發性（xìng）大大降（jiàng）低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐（nài）火材料更合（hé）適。

鋼水中的（de）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含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的（de）耐火材料，Mg與Ca在高溫下以（yǐ）氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設備應該選（xuǎn）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（cǐ），用CaO含量高的鎂鈣質耐火（huǒ）材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的熱震穩（wěn）定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形（xíng）成保（bǎo）護層，從（cóng）而抑製熔（róng）渣的（de）滲透。

關於（yú）H含量（liàng）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（chèn）耐火材（cái）料的水分及有機添加（jiā）物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其（qí）中的水分，就不存在（zài）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（yǐng）響

耐火材（cái）料對鋼中氧含量（liàng）的（de）影（yǐng）響：王龍（lóng）光等（děng）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（zhōng）的溶解（jiě）度很（hěn）小，被認為是防（fáng）止鋼水增（zēng）氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的（de）影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂（měi）鈣質耐火材（cái）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S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象（xiàng）。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能（néng）降（jiàng）低鋼包內襯的再氧化能力，另一（yī）方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火（huǒ）材料的過（guò）度消耗。

耐火材料對鋼（gāng）中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料（liào）對（duì）鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅（fú）度降低，由原（yuán）始的0.1%降低到0.01%，進（jìn）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，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火（huǒ）材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水（shuǐ）分以及其中的有機粘結劑（jì）會對鋼水中的H含量產生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中（zhōng）使用保護套管保護主流時（shí），有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效（xiào）地降低鋼水的（de）吸H量。

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的影響（xiǎng）：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化（huà）物在耐火材料中應用受到關注，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，保（bǎo）護（hù）套管非常重要，連鑄的（de）增N點就是長水（shuǐ）口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜（zá）物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗（yàn）表明（míng）：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材（cái）料能去（qù）除（chú）鋼水中的夾雜物，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（yǔ）鎂鈣耐火材料中的CaO反（fǎn）應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的（de）複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去（qù）除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化（huà）合物被吸附鎂鈣質耐（nài）火材（cái）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）來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的（de）活性CaO含（hán）量越高，吸附鋼水中夾雜物的能（néng）力越強。

鎂鈣質耐火材料（liào）的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態（tài）坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂（měi）鈣磚的抗渣性。試驗結果得（dé）出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能（néng）力比較強。燒成白雲石磚基質部分致（zhì）密程（chéng）度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種（zhǒng）磚的侵蝕和滲透比（bǐ）高堿度渣嚴重得多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含（hán）量高的燒成鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）能力好（hǎo）於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵（qīn）蝕和滲透能力（lì），這是因為渣與鎂鈣材（cái）料作用析出C3S，使材料表層致密（mì）化而有效抑製熔渣的滲透。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（shí）並滲透作（zuò）用。

蚌埠鎂（měi）磚之（zhī）鎂鈣碳磚的（de）性（xìng）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，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的（de）真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的（de）效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗（kàng）剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等（děng）人采用煉鋼轉爐的初期（qī）渣、中（zhōng）期渣和終期渣（zhā）分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗（yàn）結果（guǒ）表明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為MgO—C磚產生（shēng）結構剝（bāo）落，蝕損（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是（shì）因為在（zài）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（gāo）0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被（bèi）渣中∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究（jiū）結果表明鎂白（bái）雲石碳磚高溫抗（kàng）氧（yǎng）化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中（zhōng）的CaO有利於鋼水的脫（tuō）O、脫S、脫（tuō）P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲（yún）石質耐火材料（liào）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（cháng）少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且（qiě）尺寸很小和形態得到控製，合金（jīn）元素成分精準（zhǔn）並（bìng）且（qiě）分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過（guò）程中，耐火材料始終（zhōng）與鋼水接觸，一（yī）般耐火材料對鋼水或多或少總（zǒng）有些（xiē）汙染，唯有白雲（yún）石質即鎂鈣質耐火材料能淨（jìng）化（huà）鋼水，除去（qù）鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。