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（de）耐火材料對鋼（gāng）水的淨化作用，總是（shì）認為耐火材料或多或少（shǎo）地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石（shí）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）材料不（bú）但（dàn）不汙染鋼水（shuǐ），反而能（néng）淨化鋼（gāng）水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白（bái）雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組（zǔ）成（chéng）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（shí）質耐火材料（liào）、鎂（měi）白雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

其中，白雲石質（zhì）耐火材料是指全部用煆燒或（huò）電熔的白雲石做原料的定（dìng）型或不定（dìng）形耐火材料；鎂白（bái）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含量的變化影響（xiǎng）鎂鈣（gài）質製品的（de）高溫使用性（xìng）能，MgO含（hán）量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）力越強；CaO含量越高，抗高（gāo）SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫（tuō）磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲石質耐火材料（liào）對淨化（huà）鋼水作（zuò）用的影（yǐng）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（jiá）雜物的含量要求嚴格（gé），需要爐（lú）外精煉除（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（huǒ）材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其（qí）轉移（yí）到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉（liàn）潔（jié）淨鋼（gāng）、純淨鋼、特殊鋼等設（shè）備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消（xiāo）耗（hào），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在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分（fèn）數）就可（kě）使MgO相對揮發性大大降（jiàng）低。因此，MgO質（zhì）材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼（gāng）水（shuǐ）中的脫S反應中（zhōng），要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度（dù）渣，並且鋼水中溶解的（de）O含量盡可能要低。要使O含量低，就（jiù）要選擇氧勢盡可能低的（de）耐火材料，Mg與（yǔ）Ca在高溫下以氣態存在，在（zài）鋼（gāng）水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選（xuǎn）用鎂鈣質耐火材料。溫度升（shēng）高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即（jí）堿度（dù）高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量（liàng）高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂（měi）鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗（kàng）渣滲（shèn）透性好，特別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反應（yīng）生成高熔點化合（hé）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（wù）。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水（shuǐ）中氫（H）含（hán）量增高問題。

鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量（liàng）的影（yǐng）響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材（cái）料中的CaO熱力學穩定性（xìng）高，具有很低（dī）的氧平衡（héng）分壓，在鋼水（shuǐ）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的影響：田琳（lín）等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢（jiǎn）驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果（guǒ）。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率（lǜ）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（bái）雲（yún）石（shí）質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可（kě）能（néng）降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵（miàn）可以避免強還（hái）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含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對（duì）鋼（gāng）中P含量的影響。實驗結果表明：當（dāng）澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始（shǐ）的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼（gāng）中P含（hán）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（hán）C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對（duì）鋼中H(氫)含量的影響（xiǎng）：耐（nài）火材料中的（de）水分以（yǐ）及其中的有機粘（zhān）結劑（jì）會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和（hé）中間包係統中使用保（bǎo）護套管保（bǎo）護主流時，有機粘結劑（jì）導致吸H。對鋼包、中間（jiān）包烘烤，能有（yǒu）效（xiào）地降低鋼水的吸（xī）H量。

耐火材料對鋼（gāng）中N(氮)含量的影響：傳統（tǒng）耐火材料N含量很（hěn）低，近年（nián）來氮化物在耐火（huǒ）材料中應用受到關注（zhù），如Sialon分解（jiě）對鋼（gāng）水造成增N。更大的增N量在鋼包與（yǔ）中間包之間，保護套管非常重要，連鑄（zhù）的增N點就是長水（shuǐ）口保（bǎo）護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等（děng）人研（yán）究（jiū）了鎂鈣、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（fǎn）應（yīng）30min的情況下，隻有鎂鈣（gài）質耐火材料能去（qù）除鋼水中的夾雜物，其餘的堿（jiǎn）性耐火材料均（jun1）使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔（róng）點約為1400℃左右（yòu），可有（yǒu）效地去除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與（yǔ）SiO2反應生成（chéng）C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高（gāo）熔點化合物被吸附鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料表麵，形成保護層，或者從（cóng）鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵上剝落下來上浮（fú）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（xī）附鋼水中夾雜物的能（néng）力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）性能：梁（liáng）義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結（jié）果（guǒ）得（dé）出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能（néng）力比較強。燒成（chéng）白雲石（shí）磚基質部分致密程度高（gāo），較不燒白雲石磚具（jù）有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的（de）VOD爐渣對三（sān）種磚的侵蝕和滲透比（bǐ）高堿度渣（zhā）嚴重（chóng）得多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量（liàng）低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料（liào）具有（yǒu）良好的抵抗高堿度熔（róng）渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低（dī）堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透（tòu）能力，主要是（shì）熔渣對基質（zhì）的強溶蝕並滲透作用。

舟山鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種（zhǒng）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、抗熱震性。鎂（měi）鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越（yuè）高，抗剝落性能越好，淨化鋼水（shuǐ）的效果（guǒ）也越好；C含（hán）量越高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝落性能越（yuè）強。

鎂鈣碳（tàn）磚的（de）抗侵蝕研究：崔淑賢等人（rén）采用煉鋼轉爐的初期（qī）渣、中期渣和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（míng）：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（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕（qīng），是因為（wéi）在磚（zhuān）的（de）界麵上產生了C2S保護（hù）層；可是中（zhōng）期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及（jí）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表（biǎo）明鎂白雲石碳磚高（gāo）溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸（suān）性熔渣能力強；而（ér）且磚（zhuān）中的CaO有利（lì）於鋼水（shuǐ）的脫O、脫（tuō）S、脫P等，適合冶煉鋼（gāng）的電爐爐襯。

白雲石（shí）質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼（gāng）係指鋼中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少，非金屬夾雜（zá）物不僅數量少，而且尺寸很小（xiǎo）和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材（cái）具有高性能、高（gāo）品質。在鋼（gāng）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（nài）火材料對鋼（gāng）水（shuǐ）或多或少總有些汙染，唯有白雲（yún）石（shí）質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼（gāng）中的非金（jīn）屬（shǔ）夾雜物，而且不汙染環境。