徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材（cái）料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可（kě）是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材（cái）料不但不（bú）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（lú）外精煉裝置中應用日益（yì）增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然礦物（wù）原料，煆燒後的理論組（zǔ）成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火（huǒ）材料主要包括白雲石質耐（nài）火材料、鎂（měi）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白雲石做原料的定型或不定形耐火材（cái）料；鎂（měi）白雲石和鎂鈣質耐火材（cái）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（zhì）製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）力越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強（qiáng），高溫蠕變越大（dà），抗（kàng）剝落性能和脫硫、脫磷的效果越（yuè）好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據（jù）爐外（wài）精煉等熱（rè）工設備的不同部位（wèi）使（shǐ）用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材（cái）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（děng）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及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均（jun1）勻化等。鎂鈣質耐（nài）火材料中的遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜（zá）質反應，使其轉移（yí）到爐渣（zhā）中，具有除去（qù）雜質、淨化鋼（gāng）水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材（cái）料也適合（hé）用於冶煉低氧鋼，是爐外精（jīng）煉冶（yě）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（shòu）命、降低耐火材料消耗，研究人員對（duì）白雲石（shí）質耐火材料進行了許（xǔ）多試驗研（yán）究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易（yì）揮發（fā），而CaO對MgO的揮發（fā）性是有影響的，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（jiā）入一定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料（liào）更合適。

鋼水中的脫S反（fǎn）應中（zhōng），要使鋼水（shuǐ）S含（hán）量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且（qiě）鋼水中溶解的O含量盡（jìn）可能要低。要使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（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（huǒ）材料。溫（wēn）度升高不利於脫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含量高的鎂鈣質耐火材料（liào）同樣也有利脫P。

鎂鈣（gài）質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應（yīng）生成高熔點（diǎn）化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精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，充分排除其中的水（shuǐ）分，就（jiù）不存在鋼水中氫（qīng）（H）含量增高問題。

鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）對鋼水性能的影響

耐（nài）火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材料中的CaO熱（rè）力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為（wéi）是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材（cái）料對鋼（gāng）中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表（biǎo）明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更（gèng）好，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（xiào）的脫S效果，使用白雲石質（zhì）鋼包（bāo）內襯是很必要的（de），這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內（nèi）襯的再氧化能（néng）力，另（lìng）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。

耐火材料（liào）對鋼中P含（hán）量的影響：匡加才（cái）研究（jiū）MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅（fú）度降低，由原始的0.1%降（jiàng）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：實驗（yàn）表明，使用含C耐（nài）火材（cái）料，鋼水顯著（zhe）增（zēng）C，當同一製品第二次（cì）使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料（liào）對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及（jí）其中的有機（jī）粘結劑會對鋼水中的H含量（liàng）產生顯著影響。連鑄過程（chéng）中，鋼（gāng）包（bāo）和中間包係統中使用保護套管保護（hù）主流時（shí），有機粘結（jié）劑導致（zhì）吸H。對鋼包、中間包烘烤（kǎo），能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料（liào）對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材（cái）料N含量很低（dī），近年來氮化物在耐火材料中應（yīng）用受到關注，如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造成增N。更大的增N量在鋼包與（yǔ）中間包之（zhī）間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料（liào）對鋼水中夾雜物的（de）影響：田琳等人研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼（gāng）鋼水潔（jié）淨化的影響，實驗表（biǎo）明：在反應30min的情況下，隻（zhī）有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其（qí）餘的堿（jiǎn）性耐（nài）火材料均使鋼水夾雜（zá）物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生（shēng）成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為（wéi）1400℃左右（yòu），可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。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，形成（chéng）保護層，或者從（cóng）鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣（zhā）層中；在鎂鈣質耐火材料中的（de）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蝕性能：梁義兵等人采用（yòng）靜（jìng）態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性（xìng）。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。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低（dī）的VOD爐渣對三種磚（zhuān）的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重（chóng）得多（duō）。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於不燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣（zhā）侵蝕（shí）能力好於CaO含量低（dī）的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有（yǒu）良（liáng）好的抵抗高堿度熔渣的（de）侵（qīn）蝕和滲（shèn）透能力（lì），這是因為渣（zhā）與鎂鈣材（cái）料作用析出（chū）C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿（jiǎn）度熔渣（zhā）具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是（shì）熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

黃（huáng）岡鎂磚之鎂鈣碳磚的（de）性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）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（qǔ）決於CaO及C的含量。CaO含量越（yuè）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能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼（gāng）轉爐的初期渣、中期（qī）渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的（de）侵蝕進行（háng）實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最（zuì）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（bǎo）護層（céng）；可是中（zhōng）期（qī）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（hé）1.2%，因為其在（zài）高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴重（chóng）。

孫惠章等人（rén）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（hǎo），抗酸性熔渣能力強；而且磚中的（de）CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等（děng），適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白（bái）雲石質（zhì）耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係（xì）指（zhǐ）鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物（wù）不僅（jǐn）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布均勻，使鋼材具有高（gāo）性能、高品質。在（zài）鋼水從冶煉（liàn）到精煉（liàn）的整個過程中，耐（nài）火材料（liào）始終與鋼水接（jiē）觸，一般（bān）耐（nài）火材料對鋼水或多或少總有（yǒu）些汙染，唯有白雲石質即（jí）鎂鈣質耐火（huǒ）材料能淨（jìng）化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。