徐平坤

以前，從（cóng）煉（liàn）鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼水直接（jiē）接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總（zǒng）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（cái）料的理論（lùn）研究和（hé）實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不（bú）汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也（yě）不汙（wū）染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包（bāo）等爐外精煉裝置中（zhōng）應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質（zhì）耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦（kuàng）物原料，煆燒後（hòu）的理論組成為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為1.93。鎂（měi）鈣（gài）質（zhì）耐火材料主要包括白雲（yún）石質耐（nài）火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火（huǒ）材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型（xíng）或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火（huǒ）材料是用鎂石與（yǔ）白雲石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的變化影（yǐng）響鎂（měi）鈣質製（zhì）品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣（zhā）的能力越強，高（gāo）溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工（gōng）設備（bèi）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（děng）夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以（yǐ）及脫氣、調整（zhěng）化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐（nài）火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使（shǐ）其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能（néng）。由於CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於（yú）冶煉低氧鋼（gāng），是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的（de）耐（nài）火材料。近年來，為了淨化（huà）鋼水、延長爐（lú）襯壽命、降低（dī）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（shì）驗研究，取得了很好（hǎo）的結果。

MgO在真空條件下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發性（xìng）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。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（wēn）真空條件下使用比純MgO質耐火材（cái）料（liào）更合適。

鋼水中的脫S反應中，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（hán）量盡可能要（yào）低。要使O含量（liàng）低，就要選擇氧勢盡可能低的耐（nài）火（huǒ）材料，Mg與Ca在（zài）高溫下（xià）以氣態存在，在鋼（gāng）水中的溶解度（dù）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。溫（wēn）度升高不利於脫P，但鋼（gāng）包中采用CaO含量（liàng）高即堿（jiǎn）度高的（de）熔渣有利脫（tuō）P，因（yīn）此，用（yòng）CaO含（hán）量高（gāo）的鎂鈣質耐火材料同樣也（yě）有利脫P。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性（xìng）好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐（nài）火材料中的CaO反應生成高熔（róng）點化合物C2S或（huò）C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的（de）問題，采用真（zhēn）空（kōng）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（zài）1200℃下長期烘烤，充（chōng）分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問（wèn）題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性（xìng）能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光（guāng）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。

耐火材料對鋼中S的（de）影響：田琳等人試驗研（yán）究鎂鈣磚與鋼水中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（gèng）好，脫S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出現“回S”現（xiàn）象（xiàng）。為了使（shǐ）鋼包獲得有效的脫S效果，使用（yòng）白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化（huà）能力，另一方麵可（kě）以避免強（qiáng）還原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含量（liàng）的影響：匡（kuāng）加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果（guǒ）表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中（zhōng）P含量大幅度（dù）降低，由（yóu）原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火（huǒ）材料對鋼水碳（tàn）含量的影響：實驗表（biǎo）明，使用含C耐火材料，鋼水顯著（zhe）增C，當同一製（zhì）品（pǐn）第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影（yǐng）響（xiǎng）：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑（jì）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（jiān）包係（xì）統中（zhōng）使（shǐ）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（néng）有效地降低鋼水的吸（xī）H量。

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中（zhōng）應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之（zhī）間，保護套管非常重要，連鑄的（de）增N點就是長水口（kǒu）保護，此處（chù）增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對（duì）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影響（xiǎng），實驗表明（míng）：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物（wù），其（qí）餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物（wù）數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的（de）CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點（diǎn）約為1400℃左右，可有效地去除鋼（gāng）中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣（zhā）層中；在鎂鈣質耐火材料（liào）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（huǒ）材料的抗侵（qīn）蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚（zhuān）的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高（gāo）的（de）白雲石磚抗高堿度的（de）AOD渣侵蝕和滲（shèn）透能力比較強。燒成白雲石磚基（jī）質部分致密程度高，較不燒白雲石（shí）磚具有更好的（de）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（shèn）透比高堿度渣（zhā）嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不（bú）燒鎂（měi）鈣磚，CaO含量（liàng）高的燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿（jiǎn）度渣侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂（měi）鈣質材料（liào）具有良好的抵（dǐ）抗高堿度熔渣的侵（qīn）蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材（cái）料表層致密化而有效抑製（zhì）熔渣的（de）滲透。低（dī）堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能（néng）力（lì），主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

興安鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的性能及抗侵蝕的（de）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，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（gài）碳磚的性（xìng）能同時取決於CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越高（gāo），抗剝落性能越（yuè）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越強（qiáng）。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對（duì）鎂鈣碳（tàn）磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。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（zhuān）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（jiè）麵上產生了C2S保護層；可（kě）是（shì）中期渣和（hé）終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重。

孫（sūn）惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫（wēn）抗氧化（huà）性和熱（rè）震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適（shì）合冶（yě）煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔（jié）淨鋼係指鋼中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不（bú）僅數量少，而且尺寸很小和形態（tài）得到控製，合金元素成分精準並且分布均（jun1）勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉（liàn）到精煉的（de）整（zhěng）個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一（yī）般耐火材料對鋼水或多或（huò）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，除去鋼中的非金屬夾（jiá）雜（zá）物，而且（qiě）不汙（wū）染環境。