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耐火材料對鋼水的淨化作（zuò）用，總是（shì）認為耐火材料或多（duō）或少地會對鋼（gāng）水產生汙染（rǎn）。可是（shì）通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材（cái）料的理論研究和實際試驗，得出鎂（měi）鈣質材料不但不汙（wū）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（lú）外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石（shí）與鎂鈣質耐火材料的（de）特（tè）征

白雲石（shí）（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料（liào），煆燒後的理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要（yào）包括白雲石質耐火材料（liào）、鎂白雲（yún）石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中（zhōng），白雲石（shí）質耐火材料是指全部用（yòng）煆燒或電熔的白雲石做原料的定型（xíng）或不定形耐火材料；鎂白雲石（shí）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（hán）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熔渣的能力（lì）越強，高溫蠕變越大，抗（kàng）剝落性（xìng）能和脫硫、脫磷的效果（guǒ）越好，但抗水（shuǐ）化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因（yīn）此，應該根據爐外精煉等（děng）熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含（hán）量（liàng）要（yào）求（qiú）嚴格，需（xū）要爐外（wài）精煉除（chú）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。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應（yīng），使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水（shuǐ）的（de）功能。由於CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂鈣質耐火材料也適（shì）合用（yòng）於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、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、降低耐火材料消耗，研究人員對（duì）白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好（hǎo）的結果。

MgO在真空條件下容（róng）易（yì）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相對揮發性大大降低。因此，MgO質材（cái）料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空（kōng）條件下使用比（bǐ）純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水（shuǐ）S含量（liàng）低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可（kě）能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與（yǔ）Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶（róng）解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此（cǐ），精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料（liào）。溫（wēn）度升高不利於（yú）脫P，但鋼包中（zhōng）采用CaO含量高即堿度高（gāo）的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量（liàng）高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料（liào）的熱震穩定性高、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C3S,形成保護層，從而抑製（zhì）熔渣（zhā）的滲透。

關於H含量的問（wèn）題，采用真空精（jīng）煉，其H主要來（lái）自熔渣或精煉設備（bèi）內襯耐（nài）火材料的水分及有機添加（jiā）物。熱力學分（fèn）析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中（zhōng）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（shuǐ）性能的影響

耐火（huǒ）材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）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（gāng）水中的溶解度很小（xiǎo），被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材（cái）料對鋼中S的影響：田琳（lín）等人試驗研究鎂（měi）鈣磚與（yǔ）鋼水中S的反應，檢（jiǎn）驗鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料的（de）脫（tuō）S效（xiào）果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果（guǒ）更好，脫（tuō）S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫（tuō）S效果，使用白雲石質鋼（gāng）包內襯是很必要的（de），這樣一方麵（miàn）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（qiáng）還原條件下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中（zhōng）P含量的影響：匡（kuāng）加才研（yán）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（dù）降低。

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

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分（fèn）以及其中的有機粘（zhān）結劑（jì）會對鋼水中的H含量（liàng）產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸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)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在（zài）耐火材料中（zhōng）應用受到關注，如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造成（chéng）增（zēng）N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增（zēng）N點就是長水口（kǒu）保護，此處增N可（kě）達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的（de）影響，實驗表明：在反應30min的情（qíng）況（kuàng）下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐（nài）火材料能去除鋼水中（zhōng）的夾雜物，其餘的堿（jiǎn）性耐火材料均使（shǐ）鋼（gāng）水夾雜物數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的（de）複合化合（hé）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（guī）酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點（diǎn）化合物被吸附鎂鈣質耐（nài）火材料表麵，形成保護層（céng），或（huò）者（zhě）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（zhì）耐（nài）火材料中的活性CaO含量越高，吸（xī）附鋼水中夾雜物的（de）能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩（gān）堝法研究（jiū）3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲（yún）石磚抗高（gāo）堿度的AOD渣（zhā）侵蝕和滲透能力比（bǐ）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。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的（de）侵蝕和（hé）滲透比高堿度渣嚴重得多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕性明顯好於不（bú）燒鎂（měi）鈣磚，CaO含（hán）量高（gāo）的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕能力好於CaO含量低的鎂（měi）鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具有良好的抵抗高堿度熔渣的（de）侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析（xī）出C3S，使材（cái）料（liào）表層致密化而（ér）有效抑製（zhì）熔渣的（de）滲透。低堿度熔渣具有較強（qiáng）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。

三亞鎂磚之鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及抗侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚種類複雜（zá）。除具備鎂鈣磚（zhuān）的特（tè）性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的（de）真（zhēn）空穩（wěn）定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同（tóng）時取決（jué）於CaO及C的含量。CaO含量越（yuè）高，抗剝落（luò）性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能（néng）越強（qiáng）。

鎂（měi）鈣碳磚的抗侵蝕研究（jiū）：崔淑賢等人采用（yòng）煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別（bié）對鎂鈣碳（tàn）磚及鎂碳磚的侵蝕（shí）進行實驗。實驗結果表（biǎo）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（chóng）；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵（miàn）上產生了C2S保護層；可（kě）是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反（fǎn）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，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重（chóng）。

孫（sūn）惠（huì）章等（děng）人研（yán）究結果（guǒ）表明鎂白雲石碳磚（zhuān）高溫抗氧（yǎng）化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐（lú）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（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物（wù）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（jīng）準並且分布均（jun1）勻，使鋼材具有高性能、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，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去（qù）鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。