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（de）耐火材料對（duì）鋼水的淨化（huà）作用，總是認（rèn）為耐火材料或多或少（shǎo）地會對鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲石（shí）質（鎂鈣質（zhì））耐火材料的理論（lùn）研究和實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染（rǎn）鋼水，反而（ér）能（néng）淨化鋼（gāng）水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包（bāo）等爐外精煉裝置（zhì）中應用日益增加。

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，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂（měi）白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中（zhōng），白雲石質（zhì）耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料（liào）的（de）定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石（shí）合成（chéng）的耐（nài）火（huǒ）材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和（hé）抗水化能力越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大（dà），抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性（xìng）能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備（bèi）的不同（tóng）部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐火材（cái）料對淨化鋼（gāng）水作用的（de）影響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質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（wù）以及脫氣、調整化學（xué）成分和均勻化等。鎂鈣質（zhì）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（qù）雜（zá）質、淨化鋼水的功能。由（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料也適合用（yòng）於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼、特（tè）殊鋼等設備的耐火材料。近（jìn）年來，為了（le）淨化鋼（gāng）水、延（yán）長爐襯（chèn）壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對（duì）白雲（yún）石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很（hěn）好的結果。

MgO在真空條（tiáo）件下容（róng）易揮發，而CaO對MgO的揮（huī）發性（xìng）是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對（duì）揮發性大（dà）大降低。因（yīn）此，MgO質材料（liào）中加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質（zhì）耐火材料更合適（shì）。

鋼水中的脫S反應中，要使（shǐ）鋼（gāng）水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡（jìn）可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣（qì）態存在，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），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（lì）於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的（de）熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火（huǒ）材料同樣（yàng）也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震（zhèn）穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中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（huò）C3S,形（xíng）成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的（de）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（huǒ）材料（liào）的水分及有機添加物。熱（rè）力學分析認為（wéi）：要（yào）在（zài）1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（qīng）（H）含量增高問題（tí）。

鎂鈣質耐火材料對鋼（gāng）水性能的影響（xiǎng）

耐火材料對鋼中氧含量（liàng）的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中（zhōng）的CaO熱力學穩定性高，具（jù）有很低的（de）氧平（píng）衡分壓，在（zài）鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對（duì）鋼（gāng）中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料的脫S效（xiào）果。結果表明：在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，出現“回S”現象。為了使鋼（gāng）包獲得有效的脫S效果（guǒ），使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可（kě）以盡可能降低鋼包內（nèi）襯（chèn）的再氧化能力，另一（yī）方（fāng）麵可以（yǐ）避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加（jiā）才研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表（biǎo）明：當澆注料中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含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實（shí）驗表明，使（shǐ）用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二（èr）次使用時，鋼水僅發生（shēng）輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含（hán）量的影響：耐火材料中（zhōng）的水分以及其中的（de）有機粘結劑會對鋼水中（zhōng）的H含（hán）量產生顯（xiǎn）著（zhe）影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套（tào）管（guǎn）保護主流時（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（dī）鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到（dào）關注（zhù），如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包（bāo）與中間包之間（jiān），保（bǎo）護套管非常重要，連鑄的增（zēng）N點（diǎn）就是長水口保（bǎo）護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）水中夾雜物（wù）的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐（nài）火材（cái）料對（duì）管線鋼鋼水潔淨化的影響（xiǎng），實驗表明：在反應30min的情況（kuàng）下，隻（zhī）有鎂鈣質耐火材料能（néng）去除（chú）鋼（gāng）水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料（liào）均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可（kě）與鎂鈣（gài）耐火材（cái）料中的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右（yòu），可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成（chéng）C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形成保護（hù）層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來（lái）上浮至保護渣層中；在（zài）鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）中的活性（xìng）CaO含（hán）量越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料（liào）的抗侵蝕（shí）性能（néng）：梁義兵等人采（cǎi）用靜（jìng）態坩（gān）堝法研究3種不（bú）鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試（shì）驗結果得（dé）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（bǐ）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。堿度較低的VOD爐渣對三（sān）種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒（shāo）鎂鈣磚，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。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的（de）侵蝕和滲（shèn）透能力，這（zhè）是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致（zhì）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（zhā）對基質的強溶蝕（shí）並滲（shèn）透作用。

馬鞍山鎂磚（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磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除（chú）具備鎂（měi）鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳磚（zhuān）具有（yǒu）更好（hǎo）的真空穩定性、抗熱震（zhèn）性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好（hǎo），淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝（bāo）落（luò）性能越強（qiáng）。

鎂鈣碳磚的（de）抗侵蝕研究（jiū）：崔（cuī）淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終（zhōng）期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚（zhuān）的侵蝕進行實驗。實（shí）驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結（jié）構剝落，蝕損（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界（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（shí）損率反（fǎn）而分別比MgO—C磚高（gāo）0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中（zhōng）∑FeO溶解，所（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研（yán）究結果表明（míng）鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性（xìng）和（hé）熱震（zhèn）穩定性好，抗酸性（xìng）熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫（tuō）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（zhǐ）鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數（shù）量少，而且尺寸很（hěn）小和形態得到控製（zhì），合金元素成分精（jīng）準並且分布（bù）均勻，使鋼材（cái）具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐（nài）火材（cái）料對鋼水或多或少總（zǒng）有些汙染，唯有白（bái）雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不（bú）汙染環境。