徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的角度研究提高鋼的純淨度（dù），沒（méi）有考慮與（yǔ）鋼水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鋼（gāng）水產生汙染（rǎn）。可是通過對白雲石（shí）質（鎂鈣（gài）質（zhì））耐火材料的理論研究和實際試驗，得出（chū）鎂鈣質材（cái）料不但不汙（wū）染鋼水（shuǐ），反而能（néng）淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等（děng）爐外精煉裝（zhuāng）置中應用日益增加。

白雲石與鎂（měi）鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後（hòu）的（de）理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲（yún）石質（zhì）耐火（huǒ）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（huò）不定形耐火材料；鎂白雲石（shí）和鎂（měi）鈣質耐火材料是用鎂（měi）石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的（de）變化影響鎂鈣質製品（pǐn）的高溫使用性能，MgO含量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力（lì）越強，高（gāo）溫（wēn）蠕變越大，抗剝落（luò）性能和脫硫、脫磷的效果越好，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（shè）備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材（cái）料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對（duì）淨化（huà）鋼水作用的影響

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（yán）格，需要爐（lú）外精煉除去鋼中雜質（zhì）及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化（huà）等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化（huà）鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料也適合（hé）用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長（zhǎng）爐（lú）襯壽命、降低耐火材料消耗，研究（jiū）人員對白雲石質耐火材料（liào）進行了許多（duō）試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮（huī）發性是有影響的，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質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高（gāo）溫真空條件下使（shǐ）用比純MgO質耐火材料更（gèng）合適。

鋼水中的脫S反應（yīng）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（gāng）水中溶（róng）解的O含量盡可能要低（dī）。要使O含量低，就要選擇氧（yǎng）勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以（yǐ）氣態存在，在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，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。溫度升高不利於（yú）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（hán）量高的鎂（měi）鈣質耐火材料同樣也（yě）有利脫（tuō）P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高（gāo）、抗渣滲透性好（hǎo），特別是熔渣（zhā）中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火（huǒ）材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的（de）問題（tí），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（jī）添加物（wù）。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分（fèn），就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂（měi）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耐火材料中的CaO熱力（lì）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，被認為是防止鋼水增（zēng）氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響（xiǎng）：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應（yīng）45min時，脫S效（xiào）果更好，脫S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的（de）脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可（kě）能（néng）降低鋼包內襯的再氧化能力，另一（yī）方麵可以避免強（qiáng）還原條件下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度消（xiāo）耗。

耐火材料對鋼中P含量的影（yǐng）響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含（hán）量的影響。實（shí）驗結（jié）果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅（fú）度降低，由原始的（de）0.1%降低到0.01%，進一步提（tí）高CaO含量，鋼中P含（hán）量僅（jǐn）有小幅度降低。

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

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火（huǒ）材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對（duì）鋼水中（zhōng）的H含量產生顯著影響。連鑄過程中（zhōng），鋼包和中（zhōng）間包係統中使用保護套管保護主（zhǔ）流時（shí），有機粘結劑導致（zhì）吸（xī）H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統（tǒng）耐（nài）火材料N含量很（hěn）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（dà）的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常（cháng）重要，連鑄的增N點就是長水口（kǒu）保護，此處增（zēng）N可達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料對鋼水（shuǐ）中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材（cái）料（liào）對管（guǎn）線鋼鋼水潔淨化的影（yǐng）響，實驗表明：在反應（yīng）30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的（de）夾雜（zá）物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜（zá）物數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物（wù）可與（yǔ）鎂鈣（gài）耐火材料中的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，可有效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被（bèi）吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材（cái）料表麵上剝（bāo）落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物的能（néng）力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人（rén）采用靜態坩堝法研究3種不鏽（xiù）鋼（gāng）冶（yě）煉用鎂鈣磚的抗（kàng）渣性。試驗結（jié）果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣（zhā）侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質（zhì）部分（fèn）致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的（de）抗高堿度渣侵蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得（dé）多。相對而言，燒成（chéng）的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於不燒鎂鈣磚，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。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度（dù）熔渣（zhā）的侵蝕（shí）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的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和（hé）滲透（tòu）能（néng）力（lì），主要是熔渣對基質的強（qiáng）溶蝕並（bìng）滲透作用。

嘉（jiā）峪關鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研（yán）究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚（zhuān）種類（lèi）複雜。除具備鎂鈣磚的特性（xìng）外，鎂（měi）鈣碳（tàn）磚（zhuān）比（bǐ）鎂碳磚具有更（gèng）好的真空穩定性、抗（kàng）熱震（zhèn）性。鎂鈣碳磚的性能（néng）同時取決（jué）於CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝（bāo）落性能越好，淨化鋼水的效果也（yě）越好；C含（hán）量越（yuè）高，抗渣侵（qīn）蝕和抗（kàng）剝（bāo）落性能越強。

鎂（měi）鈣（gài）碳磚的抗侵（qīn）蝕研究：崔淑賢（xián）等人（rén）采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣（zhā）分別對鎂鈣碳磚及鎂碳（tàn）磚的侵蝕（shí）進行實驗。實驗（yàn）結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚（zhuān）產生結構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的（de）界麵（miàn）上產生了C2S保護層；可（kě）是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）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（bèi）渣中∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果（guǒ）表明鎂白雲石碳磚高溫抗（kàng）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（yú）鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼（gāng）中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少，非（fēi）金屬夾雜物不僅數量少，而且（qiě）尺寸很小和形態得到控製，合金（jīn）元素成分精準並且分布均勻（yún），使鋼材具有高性能、高品質（zhì）。在鋼水從冶煉到精（jīng）煉的整個過（guò）程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般（bān）耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料（liào）能淨化鋼水，除去鋼中的非金（jīn）屬夾雜（zá）物，而且不（bú）汙染環境（jìng）。