徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高（gāo）鋼的純淨度，沒（méi）有考慮與鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材料對鋼水的（de）淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會（huì）對鋼水產生汙染。可（kě）是通（tōng）過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究（jiū）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（bìng）且（qiě）也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉（liàn）裝置中應用日（rì）益（yì）增加。

白雲石（shí）與（yǔ）鎂鈣質（zhì）耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原（yuán）料，煆燒後的理論組（zǔ）成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火材料（liào）主要包括白雲石質耐火材料（liào）、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐（nài）火材料。

其中，白雲石質耐火材料是（shì）指全（quán）部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不（bú）定形耐火材料；鎂（měi）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（biàn）化（huà）影響鎂鈣質製（zhì）品的高（gāo）溫（wēn）使用性能，MgO含（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）力（lì）越強；CaO含量越高，抗（kàng）高SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高溫蠕變越大，抗剝落（luò）性能和脫硫、脫磷的效果越好，但（dàn）抗水化和抗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（bú）同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的（de）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（gāng）中的雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）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（zhōng）雜質及夾（jiá）雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等（děng）。鎂鈣質耐（nài）火材料中的遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的（de）S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化（huà）鋼水的功能。由於CaO的氧勢（shì）很低，鎂鈣質耐火材（cái）料也適合用於冶煉低氧鋼（gāng），是爐外精煉冶煉（liàn）潔淨（jìng）鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼等（děng）設備的（de）耐火材料。近年（nián）來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了（le）許多試驗研究，取得（dé）了很好的結果（guǒ）。

MgO在真空條（tiáo）件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使（shǐ）MgO相對揮發性大大降（jiàng）低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純（chún）MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中（zhōng），要使鋼水S含量低（dī），熔渣（zhā）必須是CaO含量高的高堿度渣，並且（qiě）鋼水中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要使O含量低，就（jiù）要選擇氧勢盡可能低的耐火材（cái）料，Mg與Ca在高溫下（xià）以氣態存在，在鋼水中的（de）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（gāo）的鎂鈣質耐火材（cái）料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲（shèn）入會與MgO-CaO耐火（huǒ）材料中的（de）CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成（chéng）保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉（liàn），其H主（zhǔ）要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下（xià）長期烘（hōng）烤，充分排（pái）除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增（zēng）高問題。

鎂鈣質耐（nài）火材料對（duì）鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的（de）影響：王龍光等人（rén）認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱（rè）力學穩（wěn）定性高，具有很低的氧平衡（héng）分壓，在鋼（gāng）水中的溶解度很小，被（bèi）認為是防止鋼水增氧的有（yǒu）效材料。

耐火材料對鋼中（zhōng）S的影（yǐng）響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料的脫S效（xiào）果（guǒ）。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好（hǎo），脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現（xiàn）象。為了使鋼包獲（huò）得有（yǒu）效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的（de），這樣一方麵可以盡（jìn）可（kě）能降低鋼包內（nèi）襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原（yuán）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（hán）量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注（zhù）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（dù）降低。

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

耐火材料對鋼（gāng）中H(氫)含量（liàng）的影響：耐火材料中（zhōng）的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的（de）H含量產生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中（zhōng），鋼（gāng）包和中間包係統中使用保護套管保護主流時（shí），有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘（hōng）烤，能有（yǒu）效地降低鋼水的吸H量（liàng）。

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量（liàng）很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分（fèn）解對鋼水造成（chéng）增（zēng）N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保（bǎo）護套管非常重要，連鑄的增N點就（jiù）是長水（shuǐ）口保護，此處增（zēng）N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜（zá）物的影響：田琳等人研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料對管線（xiàn）鋼鋼水潔淨化（huà）的影響，實驗表（biǎo）明（míng）：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去（qù）除鋼水中的夾（jiá）雜物，其餘的堿性耐火材料均（jun1）使（shǐ）鋼（gāng）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，如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼（gāng）中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣（gài）)高（gāo）熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材（cái）料表（biǎo）麵，形成保護層，或者從鎂（měi）鈣質耐火材料表麵上（shàng）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（xī）附鋼水中夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕（shí）性能（néng）：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磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒（shāo）成白雲石磚基質部分（fèn）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，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明（míng）顯好於不燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好（hǎo）於（yú）CaO含量低的鎂（měi）鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和（hé）滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材（cái）料作（zuò）用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑（yì）製熔渣的滲（shèn）透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要（yào）是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

南岸鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成鎂鈣磚種（zhǒng）類（lèi）複雜。除具備（bèi）鎂鈣磚（zhuān）的特性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂碳磚具（jù）有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱（rè）震性。鎂鈣碳磚的（de）性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含（hán）量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果（guǒ）也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能（néng）越強。

鎂（měi）鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人（rén）采用煉鋼轉爐的初期（qī）渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚的侵蝕進行實（shí）驗。實（shí）驗結果表（biǎo）明：初（chū）期渣MgO—C磚蝕損率比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；可是（shì）中期渣和終期（qī）渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕損（sǔn）率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶（róng）解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧（yǎng）化性和熱震（zhèn）穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的（de）CaO有利於鋼水的脫（tuō）O、脫S、脫（tuō）P等，適合冶煉（liàn）鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔（jié）淨鋼的影響

潔淨鋼（gāng）係指鋼中有害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合（hé）金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性（xìng）能、高品（pǐn）質（zhì）。在鋼水（shuǐ）從冶煉到精煉的整個過程中（zhōng），耐火材料（liào）始終與鋼水（shuǐ）接觸（chù），一般耐（nài）火材（cái）料對鋼水（shuǐ）或（huò）多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火（huǒ）材料能淨化鋼水，除去鋼中的（de）非金屬夾雜物，而且不汙染環境。