徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼工（gōng）藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考（kǎo）慮與鋼水直（zhí）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（huò）多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對（duì）白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐（nài）火（huǒ）材料（liào）的理論研（yán）究和實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而（ér）能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等（děng）爐外精煉裝（zhuāng）置中應（yīng）用日益增加。

白雲石與鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然礦物原料，煆燒後的理論（lùn）組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為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（de）白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂（měi）鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材（cái）料。MgO、CaO含量（liàng）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，抗剝落性能和脫硫（liú）、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差（chà）。因此，應該根據爐外精煉等熱工設（shè）備的不同部位（wèi）使用條件，合（hé）理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）火材料（liào）對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼（gāng）中的雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐（lú）外精煉（liàn）除去（qù）鋼中雜質及夾雜物以及（jí）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，使其轉移到爐渣中，具有除去雜（zá）質、淨（jìng）化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材料也適合用於冶煉低氧（yǎng）鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼（gāng）等設備的耐火（huǒ）材料（liào）。近年來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低（dī）耐火材料消耗，研（yán）究人員對（duì）白雲石質耐火材料進行了許多（duō）試驗研究（jiū），取得了（le）很好的結（jié）果。

MgO在真空條件下容易揮發，而（ér）CaO對MgO的揮發性是有影（yǐng）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CaO製成（chéng）MgO—CaO質（zhì）耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材（cái）料更（gèng）合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含（hán）量低，熔渣必須是CaO含量高的（de）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（jiù）要選擇氧勢盡（jìn）可能低（dī）的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應（yīng）該選（xuǎn）用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼（gāng）包中采用CaO含量高（gāo）即堿度高的（de）熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂（měi）鈣質耐火材料的熱震穩定性高（gāo）、抗渣滲透性好，特（tè）別是熔渣中SiO2滲（shèn）入會與MgO-CaO耐（nài）火材料中的（de）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（wèn）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的水（shuǐ）分及有（yǒu）機（jī）添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下（xià）長期烘烤，充分排除其中的水分（fèn），就不存在鋼水中氫（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（cái）料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高（gāo），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（xiào）材料。

耐（nài）火材料對（duì）鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗（yàn）鎂鈣質耐火（huǒ）材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下（xià），反應45min時，脫S效果更好（hǎo），脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內（nèi）襯是很必要的，這樣一方麵可（kě）以（yǐ）盡可能降低鋼包內襯的再氧化（huà）能力，另一（yī）方麵可（kě）以避免強還（hái）原條件下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度消耗。

耐火材料（liào）對鋼中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（de）影響（xiǎng）。實驗結果表明：當澆注料（liào）中w（CaO）為25%時，鋼中P含量（liàng）大幅度降低，由原始的0.1%降低（dī）到0.01%，進（jìn）一（yī）步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小（xiǎo）幅度降低。

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

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火材料中的水分以及其中的有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（zhǔ）流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤（kǎo），能有效地降（jiàng）低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮（dàn）)含量的影響：傳統耐火材料（liào）N含量很（hěn）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（gèng）大的增N量在（zài）鋼包與中間包之間，保護套管（guǎn）非常重要，連鑄的增（zēng）N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂（měi）鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化（huà）的影響，實驗表明（míng）：在反應30min的情（qíng）況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾（jiá）雜物，其餘的（de）堿性耐火材料均使鋼水（shuǐ）夾雜（zá）物（wù）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Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有（yǒu）效地去除鋼中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與（yǔ）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（xíng）成保護層，或者（zhě）從鎂鈣質耐火材料表麵上剝（bāo）落下來上浮至保護渣（zhā）層中；在鎂鈣質耐（nài）火材料中的活性CaO含量越高，吸（xī）附鋼水（shuǐ）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（guō）法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高（gāo）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（yún）石（shí）磚基質部分致密程（chéng）度高，較不燒白雲石（shí）磚具（jù）有更好的（de）抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣（zhā）嚴重得多。相對而言，燒成（chéng）的鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕性（xìng）明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂（měi）鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的（de）鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高（gāo）堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是（shì）因為渣與鎂鈣材料作用析出（chū）C3S，使（shǐ）材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和（hé）滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並（bìng）滲透作（zuò）用（yòng）。

北海鎂磚之鎂鈣（gài）碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的（de）特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、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，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性（xìng）能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對（duì）鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣（zhā）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（yán）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（qī）渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕（shí）損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表（biǎo）明鎂白雲（yún）石碳磚高（gāo）溫抗氧化性和熱震穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼水（shuǐ）的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的（de）電爐爐襯。

白（bái）雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很（hěn）小和形態得到控製，合金元（yuán）素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中（zhōng），耐火材料始終與鋼水接觸（chù），一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有（yǒu）白雲石質即鎂鈣質耐火材料（liào）能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不（bú）汙染環境。