徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨（jìng）度，沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接（jiē）接觸的耐火材（cái）料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論（lùn）研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反（fǎn）而能淨化鋼水，並且也不汙染環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼包等（děng）爐外精煉裝置中應（yīng）用日益增加。

白雲（yún）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%，比值為1.93。鎂鈣質（zhì）耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

其中，白雲石質（zhì）耐火材料是指全部（bù）用煆燒或電（diàn）熔的白（bái）雲（yún）石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣（gài）質耐火材料是（shì）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）鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，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（néng）力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）能和脫硫、脫磷的效果越好，但（dàn）抗水化（huà）和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質（zhì）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（jié）淨鋼、特殊鋼等（děng）對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格（gé），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（yún）化等。鎂鈣質耐火材料中（zhōng）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）雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用（yòng）於冶煉低氧（yǎng）鋼，是爐外精煉冶（yě）煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等（děng）設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低（dī）耐火材料消耗，研（yán）究人員對白（bái）雲石質耐火材（cái）料進行了許多（duō）試驗研究，取得了很好（hǎo）的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數（shù））就可使MgO相對揮發性（xìng）大大降低（dī）。因此，MgO質材（cái）料中加入一定量（liàng）的CaO製（zhì）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（gāng）水中的脫S反應中，要使鋼水S含（hán）量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿（jiǎn）度渣（zhā），並且鋼水（shuǐ）中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選（xuǎn）擇氧勢盡（jìn）可能低的耐（nài）火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態（tài）存在，在（zài）鋼水中的溶解度很小，而（ér）CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）。溫（wēn）度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高（gāo）即（jí）堿度高的熔（róng）渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐（nài）火材料同樣也有利脫（tuō）P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定（dìng）性高、抗渣滲透（tòu）性好，特（tè）別是（shì）熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反（fǎn）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含量的問題，采用真（zhēn）空精（jīng）煉，其（qí）H主要來（lái）自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學（xué）分析認為：要在1200℃下長期烘（hōng）烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水（shuǐ）中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能（néng）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氧的有效材料（liào）。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的反應，檢驗鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料的脫S效（xiào）果。結果（guǒ）表（biǎo）明：在1600℃下（xià），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（xiàng）。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很（hěn）必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料（liào）的過度消（xiāo）耗。

耐火材料對鋼中P含（hán）量的影響：匡（kuāng）加才研究MgO—CaO質澆注料（liào）對鋼（gāng）中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅（fú）度降低（dī），由原（yuán）始的0.1%降低到0.01%，進一步提高（gāo）CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅有小幅度降低。

耐火材（cái）料對鋼水（shuǐ）碳含量的影（yǐng）響：實驗表明（míng），使用含C耐火材（cái）料，鋼水顯著增C，當（dāng）同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕（qīng）微增C。

耐火材料對鋼中H(氫（qīng）)含量（liàng）的影響（xiǎng）：耐火材料中的水分以（yǐ）及其（qí）中的有機粘（zhān）結劑會（huì）對鋼水中的H含量產生（shēng）顯著影（yǐng）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，有機粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有（yǒu）效地（dì）降低鋼水的吸H量。

耐火材料（liào）對鋼中（zhōng）N(氮)含量的影響：傳（chuán）統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料（liào）中應用受（shòu）到（dào）關注，如Sialon分（fèn）解對鋼水（shuǐ）造成（chéng）增N。更大的增N量在鋼包與中間包（bāo）之間，保護套管非常重（chóng）要，連鑄的增N點就（jiù）是長水口保（bǎo）護，此處增（zēng）N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳（lín）等人（rén）研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗（yàn）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夾雜物，其餘的（de）堿（jiǎn）性耐（nài）火材料（liào）均使（shǐ）鋼水夾雜物（wù）數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可與鎂鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複（fù）合化合物，熔點（diǎn）約為1400℃左右，可有效地去除鋼中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，形成保護（hù）層，或者從鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵上剝落下來上浮（fú）至（zhì）保護渣層中；在鎂（měi）鈣質（zhì）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（liào）的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法（fǎ）研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性（xìng）。試驗結果得出，CaO含量（liàng）高的白雲石磚（zhuān）抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。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（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂（měi）鈣磚，CaO含量高的（de）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（yǒu）良好的抵抗高堿度熔渣（zhā）的侵蝕和滲透（tòu）能力，這是因為渣與鎂鈣材料（liào）作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑（yì）製熔渣（zhā）的滲透。低堿度熔渣具有較強的（de）侵蝕和滲透能力，主要（yào）是熔渣（zhā）對基質的強溶蝕並滲透作用。

內蒙古鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕（shí）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（zá）。除（chú）具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有（yǒu）更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能（néng）同時取決於CaO及C的含量。CaO含（hán）量越高，抗剝（bāo）落性能越好（hǎo），淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性（xìng）能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究（jiū）：崔淑賢等（děng）人采用煉鋼轉（zhuǎn）爐的初期渣、中期渣和終（zhōng）期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳（tàn）磚的侵蝕進行實驗（yàn）。實驗結果（guǒ）表明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產（chǎn）生結構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率（lǜ）反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂（měi）白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸（suān）性熔渣能力強；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）物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到（dào）控製，合金元（yuán）素成（chéng）分（fèn）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的整個（gè）過程中，耐火（huǒ）材（cái）料始終與鋼水接觸，一（yī）般耐火材料對鋼水或多或少總有（yǒu）些汙染，唯有白雲石質（zhì）即鎂鈣質耐（nài）火材料能（néng）淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中（zhōng）的非金屬（shǔ）夾雜物，而且不汙染環境（jìng）。