徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼工藝的角（jiǎo）度研究提高鋼的純淨度（dù），沒有考慮與鋼水直接（jiē）接觸的耐火材料（liào）對鋼水的淨化作用（yòng），總（zǒng）是認為耐火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）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，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐（lú）外精（jīng）煉裝置（zhì）中應（yīng）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（liào），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質（zhì）耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材（cái）料是指全部（bù）用煆燒或（huò）電熔的白雲（yún）石做原料的定型或不定形耐（nài）火材料；鎂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製品的高（gāo）溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越（yuè）強（qiáng）；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣（zhā）的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能（néng）和脫硫、脫磷的效果越好，但抗（kàng）水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差。因此（cǐ），應該根據爐外精煉（liàn）等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇（zé）鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料（liào）對淨化鋼（gāng）水作用的影響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及（jí）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（jí）夾雜物以及（jí）脫氣、調整化學成（chéng）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（liàn）低氧（yǎng）鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼等設（shè）備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼（gāng）水、延長爐（lú）襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石（shí）質耐火材料進行了許多（duō）試驗研究（jiū），取得了很好的結果。

MgO在真空條件（jiàn）下容易揮發，而CaO對MgO的揮（huī）發性是有影響（xiǎng）的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大（dà）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，在高溫（wēn）真空條件（jiàn）下使（shǐ）用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫（tuō）S反應中，要（yào）使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量（liàng）高的高堿度渣，並且（qiě）鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量（liàng）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（shuǐ）中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此（cǐ），精（jīng）煉設備應該選用鎂（měi）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（zhā）有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定（dìng）性高、抗（kàng）渣滲透性好，特（tè）別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製（zhì）熔渣的滲透。

關於H含量的問題（tí），采用真空精煉（liàn），其（qí）H主要來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（xī）認為：要在1200℃下長期烘（hōng）烤，充分排除其（qí）中的水（shuǐ）分（fèn），就（jiù）不（bú）存在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐（nài）火材料對鋼水性能的影（yǐng）響

耐火材料對鋼中氧含（hán）量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼（gāng）水中（zhōng）的溶解度很小，被認為是（shì）防止（zhǐ）鋼（gāng）水增氧（yǎng）的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研（yán）究鎂鈣磚（zhuān）與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的（de）脫S效果。結果表明：在（zài）1600℃下，反應（yīng）45min時，脫（tuō）S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包（bāo）獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很（hěn）必要的，這樣一方麵（miàn）可以盡可能降低鋼包內襯的（de）再氧化能力，另一（yī）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。

耐火材料對（duì）鋼中P含量的（de）影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對（duì）鋼中P含量的影（yǐng）響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量（liàng）大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一（yī）步提高CaO含（hán）量，鋼中P含量僅有小幅度降低（dī）。

耐火（huǒ）材料對鋼水碳含量的影響（xiǎng）：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增（zēng）C，當同（tóng）一製品第二次（cì）使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐（nài）火材（cái）料對（duì）鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的（de）有機粘（zhān）結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼（gāng）包和中間包係（xì）統（tǒng）中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸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（liàng）的影（yǐng）響：傳統耐火（huǒ）材料N含量很低，近年來氮化物在耐火（huǒ）材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更（gèng）大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管（guǎn）非常重要，連鑄的（de）增N點就是長（zhǎng）水口保（bǎo）護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火（huǒ）材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼（gāng）水潔淨化的（de）影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火（huǒ）材料能（néng）去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿（jiǎn）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中的CaO反應（yīng），如CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有（yǒu）效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點化合物被（bèi）吸附鎂（měi）鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵上剝落下來上浮至（zhì）保護渣層中；在鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的活性CaO含量越高（gāo），吸附鋼水（shuǐ）中（zhōng）夾雜物的能力越（yuè）強。

鎂鈣（gài）質耐火材料的抗侵蝕性能：梁（liáng）義兵等人采（cǎi）用（yòng）靜態（tài）坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚（zhuān）的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量（liàng）高的白雲石（shí）磚抗高堿度的AOD渣侵（qīn）蝕和滲透能力比較強。燒成白（bái）雲石磚基質部分致密程度（dù）高，較不（bú）燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較（jiào）低的（de）VOD爐渣對三種磚的侵蝕（shí）和滲透（tòu）比高堿度（dù）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含量高的燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗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（shǐ）材料表層致密化而有效抑製（zhì）熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強（qiáng）溶蝕並滲透作用（yòng）。

九龍坡鎂磚（zhuān）之鎂（měi）鈣碳磚的（de）性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂（měi）鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性能同時取決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量越高，抗剝落（luò）性能越好，淨化（huà）鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研（yán）究：崔淑賢等人采用煉鋼（gāng）轉爐的初期渣、中期（qī）渣和終（zhōng）期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕（shí）損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的（de）界（jiè）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（sǔn）率反（fǎn）而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因（yīn）為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重（chóng）。

孫（sūn）惠章等（děng）人研（yán）究（jiū）結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗（kàng）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（cái）料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬夾雜物（wù）不僅數量少，而（ér）且尺寸很小和形態得到控製，合金元素（sù）成分精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材具有高性能（néng）、高品質。在鋼水從（cóng）冶煉到精煉的整（zhěng）個過程中，耐火材料始終（zhōng）與（yǔ）鋼水接觸，一般耐（nài）火材料對鋼（gāng）水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去（qù）鋼中的非金屬夾雜物，而（ér）且不汙染環境。