徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究（jiū）提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接（jiē）接觸的耐火材料（liào）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。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理（lǐ）論研究和實際（jì）試驗（yàn），得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也（yě）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。

白雲石與鎂鈣（gài）質耐火材料的（de）特征

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

其中，白雲石質耐火材（cái）料是指全部用煆（duàn）燒或電熔的白雲石做原（yuán）料（liào）的（de）定型或不定（dìng）形耐（nài）火材料；鎂白雲（yún）石和鎂鈣質耐火材料是（shì）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溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗（kàng）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（biàn）越大，抗剝落性能和（hé）脫硫、脫磷的效（xiào）果（guǒ）越好，但抗（kàng）水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差。因（yīn）此，應該根據（jù）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w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼等對鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外（wài）精煉（liàn）除去鋼中雜質及夾雜物以及（jí）脫氣、調整化學成（chéng）分和均勻化等。鎂鈣（gài）質耐火材料中的遊離CaO，易與（yǔ）鋼（gāng）水中的S、P等（děng）雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水（shuǐ）的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於（yú）冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來（lái），為了（le）淨化鋼水、延（yán）長爐（lú）襯壽命、降低耐火材料消（xiāo）耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行（háng）了（le）許多試驗研究，取得了很好的（de）結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性（xìng）是有影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數（shù））就可使MgO相對揮發性（xìng）大大降低。因此，MgO質（zhì）材料中（zhōng）加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐（nài）火材料，在（zài）高溫真空條件（jiàn）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（gāng）水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並（bìng）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）可能低的耐火材料，Mg與Ca在（zài）高溫下以氣（qì）態存（cún）在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的（de）氧勢也很小，因（yīn）此，精煉設備（bèi）應該（gāi）選用鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料（liào）。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含（hán）量高即堿度高的熔渣有利脫（tuō）P，因此，用CaO含量高的鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料同樣也有利脫P。

鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料的熱震穩定性高、抗渣（zhā）滲透性好，特（tè）別（bié）是（shì）熔（róng）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,形成保護層（céng），從而抑製熔渣的滲透。

關於（yú）H含量的問題，采用真空精（jīng）煉，其H主要來（lái）自熔渣（zhā）或精煉（liàn）設備（bèi）內襯耐火材料的水（shuǐ）分及有機添加物。熱力學分析認（rèn）為：要在1200℃下（xià）長期（qī）烘烤，充分（fèn）排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍（lóng）光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學（xué）穩定性（xìng）高（gāo），具有很低（dī）的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認（rèn）為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中（zhōng）S的影響：田琳等人試（shì）驗研究（jiū）鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中S的反應，檢驗（yàn）鎂鈣質耐火（huǒ）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。為了使鋼包獲得有效的脫S效果（guǒ），使用白雲石質鋼包（bāo）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，另一方麵可以避免強還原條（tiáo）件下鋼包（bāo）渣導致耐（nài）火材料的過度消耗。

耐（nài）火材料（liào）對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量（liàng）的影響。實驗結果表明（míng）：當（dāng）澆注料中（zhōng）w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含量大幅（fú）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（jiàng）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（zhe）增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕（qīng）微增C。

耐火材料（liào）對鋼中H(氫)含（hán）量的影響：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（xì）統中（zhōng）使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致（zhì）吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有（yǒu）效（xiào）地降低鋼水的吸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（lái）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N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保（bǎo）護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐（nài）火材（cái）料對鋼水（shuǐ）中夾雜物（wù）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（de）影響（xiǎng），實驗表明：在反應30min的情況（kuàng）下，隻有鎂（měi）鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火（huǒ）材料均使鋼水夾（jiá）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（fù）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(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附（fù）鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵上剝落（luò）下來上浮至保護渣層中；在（zài）鎂（měi）鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中（zhōng）夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗（kàng）侵（qīn）蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗（kàng）渣性。試驗結果得出，CaO含量高的（de）白雲石磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能力比較強（qiáng）。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較（jiào）不燒白雲石磚具有更好的抗高（gāo）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（yán）重得多。相（xiàng）對而言，燒成的鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含（hán）量低的鎂（měi）鈣磚。鎂鈣質材料（liào）具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透（tòu）能力，這是因為渣與鎂（měi）鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密（mì）化而有效（xiào）抑製熔渣（zhā）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（zhā）對基質的強溶蝕並滲透作用（yòng）。

鄂（è）爾多斯鎂磚之鎂鈣碳磚的性（xìng）能（néng）及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣（gài）磚種類複雜。除具備鎂鈣磚（zhuān）的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩（wěn）定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的（de）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（shí）和抗剝落性能越強。

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（zhā）、中期渣和終期（qī）渣分別對鎂（měi）鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行（háng）實驗。實驗結果表明：初（chū）期（qī）渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚（zhuān）產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較（jiào）輕，是（shì）因為在磚的界麵上產生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕損率反而分別比（bǐ）MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）中及被渣中∑FeO溶解，所以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重。

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

白雲石質耐火材料（liào）對潔淨鋼的影（yǐng）響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小（xiǎo）和形態得到（dào）控（kòng）製，合金元素成分精準並且（qiě）分布均勻，使鋼材具（jù）有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水（shuǐ）或多或少總有（yǒu）些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非（fēi）金（jīn）屬夾雜物，而（ér）且不汙染環（huán）境。