徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角（jiǎo）度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直（zhí）接（jiē）接觸的耐火材料對鋼水的淨（jìng）化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水（shuǐ）產生汙染。可是通過對白雲石（shí）質（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得（dé）出鎂鈣（gài）質材料不（bú）但不汙（wū）染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在（zài）AOD、VOD、精（jīng）煉鋼（gāng）包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦（kuàng）物（wù）原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質（zhì）耐火材料主要（yào）包（bāo）括白雲石質耐（nài）火材料（liào）、鎂白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂鈣質耐火材料（liào）。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石（shí）做原料的定型或（huò）不定形耐火材料；鎂白雲石（shí）和鎂鈣質耐火材料（liào）是用鎂石與白雲石合成的（de）耐火材（cái）料（liào）。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性（xìng）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（kàng）高SiO2熔渣（zhā）的能力（lì）越強，高溫蠕變越大（dà），抗剝落性能（néng）和脫硫、脫（tuō）磷的效果（guǒ）越好，但抗水化和抗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的不同部位使用條件，合理選（xuǎn）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（xiǎng）

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質（zhì）及（jí）夾雜（zá）物以及脫氣、調整化學成分和均勻（yún）化（huà）等。鎂鈣（gài）質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使（shǐ）其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼（gāng）水的功能。由（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火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、特殊鋼等設備的耐火（huǒ）材料。近年來，為（wéi）了淨化鋼（gāng）水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗（hào），研究人員對白雲石質耐（nài）火（huǒ）材（cái）料進行（háng）了許多試驗研究，取得（dé）了很好的結果。

MgO在真空條件下容易（yì）揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的（de），含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加（jiā）入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在（zài）高溫真空條件下使用比純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（kě）能低的（de）耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下以氣（qì）態存在，在鋼水中的溶（róng）解度很小，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含量高的鎂鈣質耐火材（cái）料同樣也有利脫（tuō）P。

鎂鈣（gài）質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性（xìng）好，特（tè）別是熔（róng）渣中SiO2滲（shèn）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）成保護層，從而抑製熔渣（zhā）的滲透。

關於H含（hán）量的問題，采（cǎi）用真空精煉，其H主要（yào）來（lái）自熔渣或精煉設備內襯耐火（huǒ）材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期（qī）烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料（liào）對鋼水性能的（de）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熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解（jiě）度很小，被認（rèn）為是防止鋼水增氧的有效（xiào）材料（liào）。

耐火材料對（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，檢驗鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時（shí），脫S效果更好（hǎo），脫S率達（dá）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（yòng）白雲石質鋼包內襯是（shì）很必要的，這樣一方麵可以（yǐ）盡可（kě）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（yuán）條件下鋼包渣導致耐火材料的（de）過度消耗。

耐火材料（liào）對鋼中P含（hán）量的影（yǐng）響：匡加才（cái）研究MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼中P含量的影響。實（shí）驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降（jiàng）低，由原始（shǐ）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。

耐火材料對鋼水（shuǐ）碳含量的影響（xiǎng）：實驗表明，使用含C耐火（huǒ）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。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以（yǐ）及其中（zhōng）的有機粘結劑會對鋼水中的（de）H含量產生顯著影響。連鑄過（guò）程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流（liú）時，有機（jī）粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤（kǎo），能有效地降低鋼（gāng）水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低（dī），近年來氮化物（wù）在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分（fèn）解對鋼水造成增N。更大的增N量（liàng）在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連（lián）鑄的增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（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線（xiàn）鋼鋼水潔淨化的影響（xiǎng），實（shí）驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼（gāng）水中的（de）夾（jiá）雜物，其餘的堿性耐（nài）火材料均（jun1）使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等（děng）夾雜物可與鎂鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化（huà）合（hé）物，熔點（diǎn）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（guī）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（liào）表麵，形成保護層，或者從鎂（měi）鈣（gài）質耐火（huǒ）材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐（nài）火材料中的活（huó）性CaO含（hán）量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越（yuè）強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的抗侵（qīn）蝕性（xìng）能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種（zhǒng）不鏽（xiù）鋼冶煉用（yòng）鎂鈣磚的抗渣性。試驗結（jié）果（guǒ）得出（chū），CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲（shèn）透能（néng）力比較強。燒（shāo）成（chéng）白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好（hǎo）的抗高堿度渣侵蝕性。堿（jiǎn）度較低的VOD爐渣（zhā）對（duì）三種磚的（de）侵蝕和滲透（tòu）比（bǐ）高堿（jiǎn）度渣（zhā）嚴重（chóng）得多。相（xiàng）對而言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵抗（kàng）低（dī）堿度渣侵蝕能力好於（yú）CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度（dù）熔渣的侵蝕和滲透能力，這是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（yǒu）效抑製熔渣（zhā）的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵（qīn）蝕（shí）和滲（shèn）透能（néng）力（lì），主要是熔渣（zhā）對基質的強溶蝕並滲透作用。

淮（huái）南鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂（měi）鈣碳（tàn）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（hán）量（liàng）越高，抗剝落性能越（yuè）好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用（yòng）煉鋼轉（zhuǎn）爐的初期（qī）渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣（gài）碳磚（zhuān）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磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，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（róng）解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重。

孫惠章等人研究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（qiě）磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐（nài）火材（cái）料對潔淨鋼的影響

潔淨（jìng）鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得（dé）到控製，合金（jīn）元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品質。在鋼水從冶煉（liàn）到（dào）精煉的整個過程中，耐（nài）火材料始終與鋼水接（jiē）觸，一（yī）般耐火材料對鋼水（shuǐ）或多或少總有些汙染，唯有白雲（yún）石質即鎂鈣質耐（nài）火材料能淨（jìng）化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜（zá）物，而且不汙染環境。