徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純（chún）淨度，沒有考慮（lǜ）與（yǔ）鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材（cái）料（liào）對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少（shǎo）地會對鋼水產生汙染。可（kě）是（shì）通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料的理論（lùn）研究和實際試驗，得（dé）出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應（yīng）用日益增加。

白雲石與鎂鈣質（zhì）耐火材料的特征（zhēng）

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

其中，白（bái）雲石（shí）質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的（de）定型（xíng）或不定形耐火材料（liào）；鎂白（bái）雲石和鎂鈣質耐火材料是（shì）用鎂石（shí）與白雲石合成的（de）耐（nài）火材（cái）料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔（róng）渣的（de）能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）能和脫硫、脫磷的（de）效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越（yuè）差。因此，應該根據爐外精煉等熱工（gōng）設備的不同（tóng）部位（wèi）使用條件（jiàn），合理（lǐ）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格，需要爐外精煉除去鋼中雜（zá）質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化（huà）等。鎂鈣質耐（nài）火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉（zhuǎn）移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於（yú）CaO的氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料也適合用於（yú）冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備（bèi）的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯（chèn）壽（shòu）命、降（jiàng）低耐火材料消耗，研究人員對白雲（yún）石質耐火材料進行了許（xǔ）多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在（zài）真（zhēn）空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就（jiù）可（kě）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質耐火材料，在高溫真空條件（jiàn）下使用比純MgO質耐火材料更合（hé）適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水（shuǐ）S含量低，熔渣必須（xū）是（shì）CaO含量高的高堿（jiǎn）度渣，並且鋼水中溶解的O含量（liàng）盡可能（néng）要低。要使O含量低，就要（yào）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，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設（shè）備應該（gāi）選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫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同樣也有（yǒu）利脫P。

鎂（měi）鈣質耐火材料的熱震穩定（dìng）性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣（zhā）中SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成（chéng）高熔（róng）點化合物C2S或C3S,形成保（bǎo）護層，從而抑製熔（róng）渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來（lái）自熔（róng）渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有（yǒu）機添加物。熱力學（xué）分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的（de）水分，就不存在鋼水中（zhōng）氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材（cái）料對（duì）鋼水性能的影響（xiǎng）

耐火材料對鋼中（zhōng）氧含量的影響：王龍光等（děng）人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性（xìng）高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的（de）溶解度很小，被認為是防（fáng）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（yǔ）鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時（shí），脫S效（xiào）果更好，脫S率達70.12%；超過（guò）45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回（huí）S”現象。為了（le）使鋼（gāng）包獲得有效的脫S效（xiào）果，使用白雲石質鋼包內襯（chèn）是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼（gāng）包內襯的再（zài）氧（yǎng）化能力，另一方麵可以（yǐ）避免強還原條件下鋼包渣（zhā）導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼（gāng）中P含（hán）量（liàng）的（de）影響。實驗結果表明：當（dāng）澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，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（jǐn）有小幅度降低。

耐（nài）火材料對鋼水碳（tàn）含量的影響：實驗表明（míng），使用含C耐（nài）火材料，鋼水顯著增C，當同一（yī）製品（pǐn）第二次（cì）使用時，鋼水僅發生輕微增C。

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

耐火材料對鋼中（zhōng）N(氮（dàn）)含量的影響：傳統耐火材（cái）料N含量很低，近年來（lái）氮化物在耐火材（cái）料中應用受到關注，如Sialon分解（jiě）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（guǎn）非常重要，連（lián）鑄的增N點就是長（zhǎng）水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中（zhōng）夾（jiá）雜物的影（yǐng）響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂（měi）鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼（gāng）鋼水潔淨化的影響，實驗（yàn）表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火材料中的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（kě）有效地去（qù）除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化（huà）合物（wù）被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料表麵上剝落下來上浮至保（bǎo）護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究（jiū）3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗（kàng）渣性。試驗結果得出，CaO含量（liàng）高的白雲（yún）石磚抗高堿度的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（bú）燒白雲石磚（zhuān）具有更好的抗高堿（jiǎn）度渣侵蝕性（xìng）。堿度較低（dī）的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲（shèn）透比（bǐ）高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的（de）燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗（kàng）高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料（liào）表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿（jiǎn）度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是（shì）熔渣對基質的（de）強溶蝕並滲透作（zuò）用。

錦州鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚（zhuān）種類複雜（zá）。除具備（bèi）鎂（měi）鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳磚的性能（néng）同時取決（jué）於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越（yuè）好（hǎo），淨化鋼水（shuǐ）的效果也越好（hǎo）；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝（bāo）落性能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚的抗（kàng）侵蝕研（yán）究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初（chū）期渣、中期渣和終期渣（zhā）分別對鎂（měi）鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進（jìn）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（shēng）結構剝（bāo）落，蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在（zài）磚的界麵上產生（shēng）了（le）C2S保護層；可是中期渣和（hé）終期（qī）渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕損率反而分（fèn）別比MgO—C磚高（gāo）0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被（bèi）渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫（sūn）惠（huì）章等人研（yán）究結果表明鎂白雲石（shí）碳磚高溫（wēn）抗氧化性和熱震穩定性好（hǎo），抗酸性熔渣（zhā）能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水（shuǐ）的脫O、脫S、脫P等，適（shì）合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬（shǔ）夾雜（zá）物不（bú）僅數量少，而且尺寸很小（xiǎo）和形態得到控製，合金元素成分精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉（liàn）的整個過（guò）程中，耐火材料始終與鋼水接觸（chù），一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙（wū）染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料能淨（jìng）化鋼水，除去鋼中的非（fēi）金屬夾雜（zá）物，而且不汙染環境。