徐平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝（yì）的角度研究提高鋼的純（chún）淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水（shuǐ）的淨化作用，總（zǒng）是認為耐火材料或多或少地會（huì）對鋼水（shuǐ）產生汙染。可是通（tōng）過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得（dé）出（chū）鎂（měi）鈣（gài）質材料不但不汙染鋼水，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（yì）增加。

白雲（yún）石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理（lǐ）論組成（chéng）為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為1.93。鎂鈣質（zhì）耐（nài）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（zhōng），白雲石質耐火（huǒ）材料是指全（quán）部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或（huò）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火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高（gāo）溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能（néng）力越強，高（gāo）溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）能（néng）和脫硫、脫磷的效（xiào）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（gēn）據爐外精（jīng）煉等熱工設備的不同部位使用條（tiáo）件，合（hé）理選擇（zé）鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料（liào）對淨化鋼水作（zuò）用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質（zhì）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（fèn）和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的（de）遊離CaO，易與（yǔ）鋼水中的S、P等（děng）雜質反應（yīng），使其（qí）轉移到爐（lú）渣（zhā）中，具有除去雜質、淨化鋼水（shuǐ）的（de）功（gōng）能。由於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（wài）精（jīng）煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研（yán）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在真空條件下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發性是有影響（xiǎng）的，含有10%～20%CaO（摩（mó）爾（ěr）分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質（zhì）材（cái）料中加入一（yī）定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質（zhì）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（gāo）堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要（yào）使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度（dù）很小（xiǎo），而CaO的氧勢也很小，因此（cǐ），精煉設備應該選（xuǎn）用鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料。溫度升（shēng）高不（bú）利於脫P，但鋼包中采用（yòng）CaO含量高（gāo）即堿度高的熔渣有利脫（tuō）P，因此，用CaO含量高的鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料同樣也有利（lì）脫P。

鎂鈣質耐（nài）火材料的熱震穩定（dìng）性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中（zhōng）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（lái）自熔渣或精（jīng）煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排（pái）除其中的水（shuǐ）分，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

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中的CaO熱（rè）力（lì）學穩定（dìng）性高，具有很低的氧平（píng）衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防（fáng）止鋼水增氧（yǎng）的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響（xiǎng）：田琳（lín）等人試驗研究鎂鈣磚（zhuān）與鋼水中S的（de）反應，檢（jiǎn）驗（yàn）鎂鈣質耐火材料的脫（tuō）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（chāo）過45min，脫S率（lǜ）降低，出現“回S”現象。為了使（shǐ）鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲（yún）石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免（miǎn）強還原條件下鋼（gāng）包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火（huǒ）材料對鋼中P含量（liàng）的影響：匡加才研（yán）究MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆（jiāo）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（dào）0.01%，進一步（bù）提高CaO含量，鋼中P含量（liàng）僅有小幅（fú）度降低。

耐火材料對（duì）鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐（nài）火材料，鋼水顯著增（zēng）C，當同一製（zhì）品第二次使（shǐ）用時，鋼水僅發（fā）生輕微增C。

耐（nài）火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的（de）水分以及（jí）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（bāo）和中間包係統中使用保護（hù）套管保（bǎo）護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地（dì）降低鋼（gāng）水的（de）吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）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（shòu）到關注，如Sialon分解（jiě）對鋼水造（zào）成增N。更大的增N量（liàng）在鋼（gāng）包（bāo）與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的（de）增（zēng）N點就是長水口保（bǎo）護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐（nài）火材料對鋼水中夾雜物的（de）影響：田琳等人研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料（liào）對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質（zhì）耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼（gāng）水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火材料中的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（zá）物。CaO與（yǔ）SiO2反應（yīng）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火材料表麵，形成保護層，或者（zhě）從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂（měi）鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵（qīn）蝕性能：梁義兵（bīng）等（děng）人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶（yě）煉用鎂（měi）鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，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（shí）磚（zhuān）基質（zhì）部（bù）分致密程度高，較不燒（shāo）白雲石磚具有更好的抗（kàng）高堿度渣（zhā）侵（qīn）蝕性。堿度較（jiào）低（dī）的VOD爐渣對三種磚（zhuān）的（de）侵蝕和滲透比高（gāo）堿（jiǎn）度渣（zhā）嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明（míng）顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕（shí）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有效抑製熔渣（zhā）的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵（qīn）蝕和滲透能力，主要是熔（róng）渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

長寧鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類（lèi）複雜。除具備鎂鈣（gài）磚（zhuān）的特性外，鎂鈣（gài）碳（tàn）磚比鎂（měi）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（jìng）化鋼水的效果也越好；C含量（liàng）越高，抗渣侵蝕（shí）和抗剝落性能（néng）越強。

鎂鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢等人（rén）采用（yòng）煉鋼轉爐的初（chū）期渣、中期渣和終（zhōng）期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進（jìn）行（háng）實驗。實（shí）驗結果表明：初（chū）期（qī）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（shì）中期渣和（hé）終期渣（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研（yán）究結果表明鎂白雲石（shí）碳磚高溫（wēn）抗氧化性和熱震穩（wěn）定性好（hǎo），抗酸性熔渣能力（lì）強（qiáng）；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫（tuō）P等，適合冶煉鋼的電爐（lú）爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼（gāng）的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少，非金屬夾雜物（wù）不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材具有高（gāo）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（shǐ）終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水（shuǐ）或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材（cái）料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且（qiě）不汙染環境（jìng）。