徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝的角度研究（jiū）提高鋼的純（chún）淨度，沒有考（kǎo）慮與鋼（gāng）水（shuǐ）直接（jiē）接觸的耐火材料（liào）對鋼水的淨化作用，總是認（rèn）為耐火材料或多（duō）或少地（dì）會（huì）對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂（měi）鈣質）耐火材料（liào）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、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂（měi）鈣質耐火材料的特征

白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，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（zhǔ）要包括白雲石質耐（nài）火（huǒ）材料、鎂白雲（yún）石質耐火材料、鎂鈣（gài）質耐火材料。

其中，白雲石質耐火（huǒ）材料是指全部（bù）用煆燒或電熔的白雲石做原（yuán）料的定型（xíng）或不（bú）定形耐火材（cái）料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材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（měi）鈣質製品的高（gāo）溫使（shǐ）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（liàng）越高，抗高SiO2熔渣的能力（lì）越強，高溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）能和脫硫、脫磷的效果越好（hǎo），但抗水化（huà）和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此（cǐ），應該根據爐外精（jīng）煉（liàn）等熱工設（shè）備的不同部位（wèi）使用條件，合理選擇鎂（měi）鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石（shí）質耐火（huǒ）材料對淨（jìng）化鋼水作用的影響

潔（jié）淨鋼、特殊鋼等對鋼（gāng）中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等（děng）夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等（děng）雜（zá）質反（fǎn）應，使其轉移（yí）到（dào）爐渣中，具有除去雜質、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低氧鋼，是爐（lú）外精煉冶（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、延長爐襯壽命、降（jiàng）低耐火材料（liào）消耗，研究人員對白雲石質耐（nài）火材料進行了許多（duō）試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真（zhēn）空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性（xìng）是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可（kě）使MgO相對揮發性大大降低。因此（cǐ），MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料（liào），在高（gāo）溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適（shì）。

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（gāo）的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要（yào）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（zài）高（gāo）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，精煉設備應該（gāi）選用鎂鈣質（zhì）耐火材料。溫度升高（gāo）不利於脫P，但鋼（gāng）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利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定（dìng）性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材（cái）料中的CaO反應生成高熔點（diǎn）化合物C2S或C3S,形成保護（hù）層，從而抑製熔渣的滲透。

關於（yú）H含量（liàng）的問題，采用真空精煉，其（qí）H主要來自熔渣或精煉設備內（nèi）襯耐火材料的水分及有機（jī）添加物。熱力學（xué）分析認為：要在（zài）1200℃下長期烘烤，充分排除（chú）其（qí）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（cái）料對鋼水性（xìng）能的影響

耐火（huǒ）材料對鋼中氧含量的影響：王龍光（guāng）等人認為MgO—CaO耐火材（cái）料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），被認為是（shì）防止鋼水增氧的（de）有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人（rén）試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料（liào）的脫S效果。結果表明：在（zài）1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低（dī），出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲（yún）石質鋼包內襯是很必要的，這（zhè）樣（yàng）一方麵可（kě）以盡可能（néng）降低（dī）鋼（gāng）包內襯的再氧化能力，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（de）過度消耗。

耐火材（cái）料對鋼中P含量的影響：匡加（jiā）才（cái）研究MgO—CaO質澆注料對鋼中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含量大幅度降低，由原始（shǐ）的（de）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（dù）降低。

耐（nài）火材料對（duì）鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水（shuǐ）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（de）影響：耐火材料中的水分（fèn）以及其（qí）中（zhōng）的有（yǒu）機粘結劑會對鋼水（shuǐ）中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中（zhōng），鋼（gāng）包和中間（jiān）包（bāo）係統中使用保護套管保護主流時，有（yǒu）機粘結劑導（dǎo）致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的（de）吸H量。

耐火材料（liào）對鋼中N(氮)含量的影響：傳（chuán）統耐火材料N含量很（hěn）低，近年來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。更大的（de）增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就（jiù）是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對（duì）鋼水中夾雜物的影響：田琳等（děng）人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼（gāng）鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實驗表（biǎo）明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣（gài）質耐（nài）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加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與（yǔ）Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物（wù），熔點約為1400℃左右，可（kě）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(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保（bǎo）護層，或者從鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物（wù）的（de）能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜（jìng）態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣性。試驗結（jié）果得出，CaO含量高（gāo）的白雲石磚抗高堿度的（de）AOD渣（zhā）侵蝕（shí）和滲透能（néng）力比較強。燒成白雲石磚基（jī）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爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴（yán）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（shāo）鎂（měi）鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質（zhì）材料具有良好的抵抗高堿（jiǎn）度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料（liào）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溶蝕並滲透作用。

六（liù）盤水鎂（měi）磚之鎂鈣碳磚的性能（néng）及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：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決於（yú）CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果（guǒ）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（kàng）侵（qīn）蝕研究：崔淑賢等人采用煉（liàn）鋼（gāng）轉爐的初（chū）期渣（zhā）、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進行實驗。實（shí）驗結果表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕（shí）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磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上（shàng）產生了C2S保護層（céng）；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率（lǜ）反而分別比（bǐ）MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表（biǎo）明鎂白雲石碳磚高溫抗氧（yǎng）化性和熱震穩定（dìng）性好（hǎo），抗酸性熔渣能力（lì）強；而且磚中的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。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影（yǐng）響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量（liàng）非常少，非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（hé）金元素成分精（jīng）準並且（qiě）分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水（shuǐ）從冶煉到精煉的整個過（guò）程中，耐火材料（liào）始（shǐ）終與鋼水接觸（chù），一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有白（bái）雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨（jìng）化鋼水，除（chú）去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。