徐平坤

以前（qián），從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火材（cái）料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會（huì）對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理（lǐ）論研究和實際試驗，得出鎂鈣質（zhì）材（cái）料不但不汙（wū）染鋼水，反而能淨化（huà）鋼水，並且也不汙（wū）染環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外（wài）精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與（yǔ）鎂鈣質耐火（huǒ）材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣（gài）質耐火材料主要包括（kuò）白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白（bái）雲石（shí）質耐火材料是指（zhǐ）全部用（yòng）煆燒或電熔的白雲石做（zuò）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白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的（de）變化影響鎂（měi）鈣質（zhì）製品的高（gāo）溫使用性能，MgO含（hán）量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力（lì）越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變（biàn）越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越（yuè）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（liàn）等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（yǐng）響

潔（jié）淨鋼、特殊鋼等對（duì）鋼中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼（gāng）中雜質及夾雜物以及脫氣、調整（zhěng）化學（xué）成分（fèn）和均勻化等（děng）。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（jù）有除去雜質、淨化鋼水（shuǐ）的功能。由於CaO的氧勢很（hěn）低，鎂（měi）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（tè）殊鋼等設備的耐（nài）火材料。近年來（lái），為了淨化鋼水、延長爐襯壽命（mìng）、降低耐火材（cái）料消（xiāo）耗，研究人員對白（bái）雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得（dé）了很好的結（jié）果。

MgO在真空（kōng）條件（jiàn）下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發（fā）性大大（dà）降低。因此，MgO質材料中加入（rù）一定量（liàng）的CaO製成（chéng）MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高溫真空條件下（xià）使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼（gāng）水（shuǐ）中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高（gāo）的（de）高堿度渣，並且鋼（gāng）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（yǎng）勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在（zài）高溫下以氣（qì）態存在（zài），在（zài）鋼水中的溶解度很小，而（ér）CaO的（de）氧（yǎng）勢也很小，因此（cǐ），精煉設備應該選用鎂（měi）鈣質耐火材料。溫度升（shēng）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（tuō）P，因此，用CaO含量高的鎂（měi）鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的（de）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（céng），從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔（róng）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（kǎo），充分排除其中的水分，就不存在鋼（gāng）水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材（cái）料對鋼水性能的影響

耐火材料對（duì）鋼中氧含量（liàng）的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中（zhōng）的CaO熱（rè）力學（xué）穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，被（bèi）認為是防止鋼（gāng）水增氧的有（yǒu）效材料。

耐（nài）火材（cái）料對鋼中S的（de）影響：田（tián）琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂（měi）鈣（gài）質耐火材（cái）料的脫（tuō）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（xiàng）。為（wéi）了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必（bì）要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包（bāo）內襯的再氧化能力，另一方（fāng）麵可以避（bì）免強還原條件下鋼包（bāo）渣導致耐火材料（liào）的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加（jiā）才研究MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼中P含量的（de）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含量僅有小幅度降低。

耐火材（cái）料對鋼（gāng）水碳含量的影響：實驗表（biǎo）明（míng），使用含C耐火材料，鋼水顯（xiǎn）著增C，當同一（yī）製品第二（èr）次使用（yòng）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（nài）火材料中的水分（fèn）以及其中的有機粘結（jié）劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。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（zhì）吸H。對鋼（gāng）包、中（zhōng）間包烘烤，能有效地降低鋼（gāng）水的吸H量。

耐火材料對（duì）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材料中應用受到關注，如（rú）Sialon分解對（duì）鋼水造（zào）成增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N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線（xiàn）鋼鋼水潔（jié）淨化的影響，實驗表明：在反應30min的（de）情況下，隻有鎂鈣質（zhì）耐火材料能去除鋼（gāng）水（shuǐ）中的夾雜物，其餘（yú）的堿性耐火材料均使鋼水（shuǐ）夾雜物數量增加。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（fù）合化合物（wù），熔點約為1400℃左右，可有效（xiào）地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或（huò）者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下（xià）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，吸附鋼水中夾雜物的能力越（yuè）強。

鎂鈣質耐火材（cái）料的抗侵（qīn）蝕性（xìng）能：梁義兵（bīng）等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶（yě）煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高（gāo）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（chéng）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（de）侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多（duō）。相對而言（yán），燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕性明（míng）顯（xiǎn）好（hǎo）於不燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔（róng）渣的侵蝕和滲透（tòu）能力，這是（shì）因為渣（zhā）與鎂（měi）鈣（gài）材料作用（yòng）析出C3S，使材（cái）料（liào）表層致密化而有效抑製熔渣（zhā）的滲透。低（dī）堿度熔渣（zhā）具（jù）有較強的侵蝕和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

宜（yí）昌鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的性（xìng）能及抗侵（qīn）蝕的研究（jiū）

鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成（chéng）鎂鈣磚種類複雜（zá）。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（dìng）性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量（liàng）。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（yuè）高，抗渣侵（qīn）蝕（shí）和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初（chū）期渣、中期（qī）渣和（hé）終期渣分別（bié）對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的（de）侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期（qī）渣MgO—C磚蝕損率比（bǐ）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（shí）較輕，是因為在磚的界麵（miàn）上產生了C2S保護層（céng）；可是（shì）中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕損率（lǜ）反而分別比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因為其在（zài）高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵（qīn）蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白（bái）雲石碳磚高溫抗（kàng）氧化性和熱震穩定性好（hǎo），抗酸性熔（róng）渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫（tuō）O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼（gāng）的電（diàn）爐爐襯（chèn）。

白雲石質（zhì）耐火材料對（duì）潔淨鋼的影響（xiǎng）

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且（qiě）尺寸很小和（hé）形態得到控（kòng）製，合金元素成分精準並且分布均勻，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（nài）火材料始終（zhōng）與鋼水（shuǐ）接觸，一般耐火材（cái）料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有（yǒu）白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除（chú）去鋼中的非金屬夾雜物（wù），而且不汙（wū）染環境。