徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的（de）純淨（jìng）度，沒有考慮與（yǔ）鋼水直（zhí）接（jiē）接觸的耐火材（cái）料對（duì）鋼水的淨（jìng）化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對（duì）鋼水產生汙染。可是通（tōng）過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，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（yě）不汙（wū）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。

白雲石與鎂鈣（gài）質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物（wù）原料，煆燒（shāo）後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括（kuò）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，白雲（yún）石質耐火材料是指（zhǐ）全部用煆燒或電熔的白雲石做原（yuán）料的定型或不（bú）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合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質（zhì）製品的高溫（wēn）使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量（liàng）越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷（lín）的效果（guǒ）越好，但抗水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）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（shǐ）用（yòng）條（tiáo）件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）火材料對淨化鋼水作用（yòng）的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外（wài）精煉除去鋼中雜質及夾（jiá）雜物以及脫氣、調（diào）整化學（xué）成（chéng）分和均勻化等。鎂鈣（gài）質耐火材料中的遊離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（zhì）、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很（hěn）低（dī），鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼（gāng）等設備的耐火材料。近年來（lái），為了淨化鋼（gāng）水、延（yán）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，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容（róng）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）就可使MgO相對揮發性（xìng）大大（dà）降低。因此，MgO質材料（liào）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MgO質耐火（huǒ）材料更合適（shì）。

鋼水中的脫S反應（yīng）中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡（jìn）可能要低。要使O含量（liàng）低，就要選（xuǎn）擇氧勢盡可（kě）能低的耐（nài）火材（cái）料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在（zài）鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應（yīng）該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（liàng）高即堿度高的熔渣有利脫（tuō）P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材（cái）料同樣（yàng）也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗（kàng）渣滲透（tòu）性好，特別是（shì）熔渣中SiO2滲入會與（yǔ）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，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采（cǎi）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有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中（zhōng）的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題（tí）。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材料中的CaO熱力學穩定性高（gāo），具有很低的氧平衡（héng）分壓，在（zài）鋼水中的溶解度很小，被認為（wéi）是防止鋼水（shuǐ）增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐（nài）火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下（xià），反應45min時，脫（tuō）S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率（lǜ）降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得（dé）有效的（de）脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是（shì）很必要的，這樣一方麵（miàn）可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化（huà）能力，另一（yī）方麵（miàn）可以避免強還原條件下鋼包渣導（dǎo）致耐火材（cái）料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影（yǐng）響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響（xiǎng）。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含（hán）量大幅（fú）度降（jiàng）低，由（yóu）原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量（liàng）僅有小（xiǎo）幅度（dù）降低。

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

耐火材料對鋼（gāng）中H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火材料中的（de）水（shuǐ）分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程（chéng）中，鋼包和中間包係統中使用保護套管（guǎn）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（gāng）水的吸H量。

耐（nài）火材料對鋼中N(氮（dàn）)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近（jìn）年來（lái）氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增（zēng）N。更大（dà）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（diǎn）就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐（nài）火（huǒ）材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人（rén）研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火（huǒ）材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下（xià），隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的（de）堿性耐（nài）火材料均使鋼水夾雜物數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成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（zá）物。CaO與SiO2反（fǎn）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（zhì）耐火材料表麵（miàn），形成保（bǎo）護層，或者從鎂鈣質耐火材料（liào）表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料中的活性CaO含（hán）量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜（jìng）態坩堝法研究3種不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）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（de）抗高堿度渣侵蝕性。堿度較（jiào）低（dī）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（shāo）成的鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒（shāo）鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的燒成（chéng）鎂（měi）鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵（qīn）蝕（shí）能力好於（yú）CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良（liáng）好的抵抗（kàng）高堿度熔（róng）渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣（gài）材（cái）料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效（xiào）抑製（zhì）熔渣的滲透（tòu）。低堿（jiǎn）度熔渣具有較（jiào）強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲（shèn）透作用。

十堰鎂（měi）磚之鎂鈣碳磚的（de）性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳（tàn）磚的性（xìng）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（huà）鋼水的（de）效果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越（yuè）強。

鎂鈣碳磚的（de）抗侵蝕研（yán）究（jiū）：崔淑賢等人采（cǎi）用煉（liàn）鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的（de）侵蝕進行實驗。實驗結果表明（míng）：初期渣（zhā）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（bāo）落，蝕（shí）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保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕損率反而分別（bié）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）。

孫惠（huì）章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和（hé）熱震穩定性好，抗酸性熔渣能（néng）力強；而且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐（nài）火材料對潔淨鋼的影（yǐng）響

潔淨鋼係指鋼中有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬（shǔ）夾（jiá）雜物不僅數量少，而且尺寸（cùn）很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品質。在鋼水從冶（yě）煉到精煉的整個過（guò）程中，耐火材料始終與鋼水接（jiē）觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有（yǒu）些汙染，唯有白雲（yún）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，而且不汙染環境。