徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼工（gōng）藝（yì）的角（jiǎo）度研究提高鋼的純淨（jìng）度（dù），沒有考慮（lǜ）與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化（huà）作用，總是認為耐火（huǒ）材料或多或少地會對（duì）鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質（zhì））耐火材料的理論研究和實際試驗，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（zhōng）應用日益增加。

白雲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）論組成為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為（wéi）1.93。鎂鈣質耐火材料主（zhǔ）要包括白雲石（shí）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（shí）質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲（yún）石做（zuò）原料的定型或不定形耐火材（cái）料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）是用鎂石（shí）與白（bái）雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品（pǐn）的高溫使用性（xìng）能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化（huà）能力越強（qiáng）；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高（gāo）溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的（de）效果（guǒ）越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性（xìng）能越差。因此，應（yīng）該根據爐外精煉等熱工設備的不同（tóng）部位使用條件，合理選擇鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的（de）影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及SiO2、Al2O3等夾雜（zá）物的含量（liàng）要求嚴格，需要爐外精煉除去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（nài）火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能（néng）。由於CaO的氧勢很低，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、特殊鋼等設備的（de）耐火材（cái）料。近年來，為了（le）淨化（huà）鋼（gāng）水、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗，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（hěn）好的結果。

MgO在真空條件下容易（yì）揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數（shù））就可使MgO相對揮發性大（dà）大降低。因此，MgO質材料中加入一定（dìng）量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料（liào），在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合（hé）適。

鋼水中（zhōng）的脫S反應中，要使鋼水S含（hán）量低，熔渣必須是（shì）CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含（hán）量盡可能要低。要使（shǐ）O含量低（dī），就要選（xuǎn）擇氧勢盡可能（néng）低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在（zài）鋼水（shuǐ）中的溶解度（dù）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（huǒ）材料。溫度升高（gāo）不（bú）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，用CaO含量高的鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料同（tóng）樣也（yě）有利（lì）脫P。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）的熱震穩（wěn）定性高、抗渣（zhā）滲透性好，特（tè）別是熔渣中SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材料中的CaO反（fǎn）應（yīng）生成高熔點（diǎn）化合物C2S或（huò）C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量（liàng）的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內（nèi）襯耐火材料的水分及有機添加（jiā）物。熱力（lì）學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量（liàng）增高問題（tí）。

鎂鈣質耐火材料對鋼（gāng）水性能的影響

耐火（huǒ）材料對鋼中氧含量（liàng）的影響：王龍（lóng）光等人認為MgO—CaO耐火材料（liào）中的CaO熱力學（xué）穩定性高，具有很低的（de）氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），被認為是（shì）防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚（zhuān）與鋼水中S的反（fǎn）應，檢驗鎂鈣質耐（nài）火材料的脫S效果（guǒ）。結果表明：在1600℃下，反應45min時（shí），脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質（zhì）鋼包（bāo）內襯是很必（bì）要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內（nèi）襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火（huǒ）材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注料對鋼中P含（hán）量的影響。實（shí）驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為（wéi）25%時，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，鋼中P含量僅有小幅度降低（dī）。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表（biǎo）明，使用含C耐火材料，鋼水顯（xiǎn）著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中（zhōng）H(氫)含量的影響：耐火（huǒ）材料中的水分以（yǐ）及其中的有機粘結劑（jì）會對鋼水中（zhōng）的H含量產生（shēng）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（jié）劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼（gāng）水的吸H量。

耐（nài）火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含（hán）量很低，近年來氮化物在耐火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（zài）鋼包與中間包之（zhī）間，保護套管非常重要，連鑄的（de）增N點就是長水口保護（hù），此處增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物（wù）的（de）影響：田琳等人研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材料（liào）對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明（míng）：在反應30min的情（qíng）況下，隻有鎂（měi）鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其（qí）餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料（liào）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（yòu），可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸（suān）二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物（wù）被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或（huò）者從鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵（miàn）上（shàng）剝落（luò）下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料（liào）中的活（huó）性CaO含量越高（gāo），吸附鋼水中夾雜物（wù）的能力越強。

鎂鈣質耐（nài）火材料的抗侵蝕性（xìng）能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉（liàn）用鎂鈣磚的（de）抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚（zhuān）抗高堿度的（de）AOD渣侵蝕（shí）和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白（bái）雲石磚具有（yǒu）更好的抗高（gāo）堿度渣侵蝕性。堿度較（jiào）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（ér）言，燒成的鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵（qīn）蝕性明顯好於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含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（liáng）好的抵抗高堿度熔渣的侵（qīn）蝕和滲透能（néng）力，這是因（yīn）為渣（zhā）與鎂鈣材料（liào）作（zuò）用析出C3S，使材料（liào）表層致密化而（ér）有效抑製熔渣的滲透（tòu）。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是（shì）熔（róng）渣對基質的強溶蝕並滲（shèn）透作用。

海澱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（chú）具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具（jù）有更好（hǎo）的真（zhēn）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（xìng）能越好，淨化（huà）鋼水的效果也越好；C含量越高（gāo），抗渣侵蝕（shí）和抗剝落（luò）性能越強（qiáng）。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人（rén）采（cǎi）用煉（liàn）鋼（gāng）轉爐的初期（qī）渣、中期渣和終期渣分別對鎂（měi）鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：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（chóng）；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中（zhōng）期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損（sǔn）率反而分別（bié）比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高（gāo）溫中及被渣（zhā）中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重（chóng）。

孫惠章等人研究結果（guǒ）表明鎂白（bái）雲石碳磚高溫抗氧化性和（hé）熱（rè）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（shì）合冶煉鋼的電（diàn）爐爐襯。

白雲石質耐（nài）火材料對潔淨鋼的（de）影響

潔（jié）淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非（fēi）常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得（dé）到控製（zhì），合金元素成分精準並（bìng）且分布均勻，使（shǐ）鋼材（cái）具有高性（xìng）能、高品質。在鋼水從冶煉到精（jīng）煉的整（zhěng）個過程中，耐（nài）火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多（duō）或少（shǎo）總有些汙染（rǎn），唯有白雲石（shí）質即（jí）鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中（zhōng）的非金屬夾（jiá）雜物，而且不汙染環境。