徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工（gōng）藝的角度研究提高鋼（gāng）的純淨度，沒有考（kǎo）慮與鋼水直接接（jiē）觸的耐火材料對鋼水的（de）淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲石（shí）質（鎂（měi）鈣質）耐火（huǒ）材料的理論研究和實（shí）際試驗，得出（chū）鎂鈣質材料不但不汙染（rǎn）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（liàn）裝置中應用日益增加（jiā）。

白雲石與鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料（liào）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（měi）鈣質耐火（huǒ）材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火（huǒ）材料。

其中（zhōng），白雲石（shí）質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的（de）白雲石做原料的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（yǔ）白雲石合（hé）成（chéng）的耐火材料。MgO、CaO含量的（de）變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性（xìng）能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和（hé）脫硫、脫磷的（de）效果越好，但抗水化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越（yuè）差。因此，應該（gāi）根據爐外精煉（liàn）等熱工設備的不同（tóng）部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料（liào）對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼（gāng）、特殊鋼等對鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）的含量要求嚴格，需要（yào）爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學（xué）成分和均勻（yún）化等。鎂鈣質耐火材料中的（de）遊離CaO，易與鋼水中（zhōng）的S、P等雜質反應，使其轉移（yí）到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的（de）功能。由（yóu）於CaO的氧勢很低（dī），鎂鈣質耐火材料也（yě）適合用於冶（yě）煉低氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊（shū）鋼等設備的耐（nài）火材料。近年來（lái），為了（le）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許多試驗研究，取得（dé）了很好的結果。

MgO在真空條件下容（róng）易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發（fā）性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低（dī）。因此，MgO質材料中加入一定量（liàng）的CaO製成（chéng）MgO—CaO質耐火材料，在高溫（wēn）真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的（de）脫S反應（yīng）中，要（yào）使鋼水（shuǐ）S含量低，熔渣（zhā）必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼（gāng）水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢（shì）盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精（jīng）煉設備應該選（xuǎn）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（dù）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性高、抗渣滲透（tòu）性好，特別是熔渣（zhā）中SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材料中（zhōng）的（de）CaO反應生成高熔（róng）點（diǎn）化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及（jí）有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤（kǎo），充分排除其中（zhōng）的水分，就不（bú）存在鋼水中氫（H）含（hán）量增高問題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對鋼水性能的影響（xiǎng）

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認（rèn）為MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力學穩定性（xìng）高，具有很低的氧（yǎng）平衡分壓，在鋼水中的溶（róng）解度很小，被（bèi）認為是防止鋼水增氧的有效材料（liào）。

耐（nài）火材料對鋼中S的影響（xiǎng）：田琳等人試驗研究鎂（měi）鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。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。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石（shí）質鋼包內襯（chèn）是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降（jiàng）低鋼包內襯的再氧化能力，另（lìng）一方麵可以（yǐ）避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐（nài）火材料對鋼中（zhōng）P含量的（de）影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含（hán）量的（de）影響。實驗（yàn）結果表明：當澆注料中（zhōng）w（CaO）為（wéi）25%時，鋼（gāng）中P含量大幅度（dù）降低，由原始的0.1%降低到（dào）0.01%，進一步提高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅有小幅度降（jiàng）低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料（liào），鋼水顯著增C，當同一製品第二次（cì）使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對（duì）鋼中H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火材料（liào）中（zhōng）的水（shuǐ）分（fèn）以及其中的有機粘（zhān）結劑會對鋼水中的（de）H含量（liàng）產生顯著（zhe）影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保（bǎo）護套管保護主流時，有機粘（zhān）結（jié）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（hán）量的影響：傳統耐火材料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（gāng）水造成增（zēng）N。更大的增N量在鋼（gāng）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（bǎo）護，此（cǐ）處增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的（de）影響：田（tián）琳等人研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情（qíng）況下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜（zá）物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂鈣耐（nài）火材（cái）料（liào）中的（de）CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的（de）複合化合物，熔點約為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（wù）被吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵，形成保護層，或（huò）者從鎂鈣質耐火材料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（gāo），吸附鋼水中夾（jiá）雜物的能力越強。

鎂鈣（gài）質耐火材料的抗侵蝕性能（néng）：梁義兵等（děng）人（rén）采用靜（jìng）態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的（de）抗渣性。試驗結（jié）果得出，CaO含量（liàng）高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能力比（bǐ）較（jiào）強。燒成（chéng）白雲石（shí）磚基質部分致密程度高，較不燒白雲（yún）石（shí）磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較（jiào）低的VOD爐渣對三種（zhǒng）磚的（de）侵蝕和（hé）滲透比高堿度渣（zhā）嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含（hán）量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力（lì）好於CaO含量低（dī）的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透（tòu）能力，這是因為（wéi）渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑（yì）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。

慶陽（yáng）鎂磚之鎂鈣碳磚的性（xìng）能及抗（kàng）侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複（fù）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（kàng）熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚（zhuān）的性能同時取（qǔ）決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵（qīn）蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的（de）初期渣、中期渣和（hé）終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：初期渣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產生了C2S保（bǎo）護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕損（sǔn）率反而分別比MgO—C磚高（gāo）0.4%和1.2%，因為其（qí）在高溫中（zhōng）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（guǒ）表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力（lì）強；而且磚中（zhōng）的CaO有利於鋼水（shuǐ）的脫O、脫S、脫P等（děng），適合冶煉（liàn）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（hài）成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少，非金（jīn）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（jīn）元素成分精準（zhǔn）並且分布均勻（yún），使（shǐ）鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精（jīng）煉的整個過程（chéng）中，耐火材料始終與鋼（gāng）水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有（yǒu）些汙染，唯有白雲石（shí）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（ér）且不汙（wū）染（rǎn）環境（jìng）。