徐平坤

以前，從煉鋼工藝的（de）角度研究（jiū）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用，總是認為耐火材料或（huò）多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對（duì）白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際（jì）試驗，得出鎂鈣（gài）質材料不但不汙（wū）染鋼水，反而（ér）能淨化（huà）鋼水（shuǐ），並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應（yīng）用日益增（zēng）加。

白雲石與鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦物原料，煆燒後（hòu）的理論組（zǔ）成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質（zhì）耐火材料主要包括白（bái）雲石質耐火材料、鎂白雲石質（zhì）耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是（shì）指全部用煆燒或電熔的白雲石做原（yuán）料的（de）定型（xíng）或不定形耐火材（cái）料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂（měi）石與（yǔ）白雲石合成的（de）耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製（zhì）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（hán）量越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能力越強（qiáng），高（gāo）溫蠕變越大（dà），抗剝落性能和脫硫、脫磷（lín）的效果越（yuè）好，但抗（kàng）水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差。因（yīn）此，應該根據爐外精煉等熱工設備（bèi）的不（bú）同部位使用條件，合理（lǐ）選擇鎂鈣質（zhì）耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料（liào）對淨化鋼水作用的影響

潔（jié）淨鋼、特（tè）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）量要求嚴格（gé），需要爐外精煉除去鋼中雜質及（jí）夾（jiá）雜物（wù）以及脫氣、調整化學成（chéng）分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼（gāng）水中（zhōng）的S、P等雜質反應，使其（qí）轉移到爐渣（zhā）中，具有除去雜質、淨化鋼水的（de）功能。由於（yú）CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂鈣質耐（nài）火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨（jìng）鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年（nián）來，為了（le）淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人（rén）員對（duì）白雲石質耐火材料進行了許（xǔ）多（duō）試驗研究，取得了很好（hǎo）的結果。

MgO在真空（kōng）條件下容易揮發，而CaO對（duì）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質材料中加入（rù）一定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下（xià）使用比純（chún）MgO質耐火材料（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（shì）CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要使（shǐ）O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐（nài）火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下（xià）以氣態存在（zài），在鋼（gāng）水中的溶解（jiě）度（dù）很（hěn）小，而（ér）CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備（bèi）應該選用鎂（měi）鈣質耐火材料。溫度升（shēng）高不（bú）利於脫P，但鋼包（bāo）中采用CaO含（hán）量高（gāo）即堿度高的熔渣有利（lì）脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料的（de）熱震穩（wěn）定性高、抗渣滲透性好，特別（bié）是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的（de）CaO反應生成高熔點化合物（wù）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（jīng）煉，其H主要（yào）來自熔渣（zhā）或精煉設備（bèi）內襯耐火材料（liào）的水（shuǐ）分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下（xià）長期烘烤，充分（fèn）排除其中（zhōng）的水分（fèn），就不存在鋼水中氫（H）含量（liàng）增高問（wèn）題。

鎂（měi）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耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很（hěn）低的氧平（píng）衡分壓（yā），在鋼水中的溶解（jiě）度很小，被認為是防止鋼（gāng）水增氧的有效材料。

耐（nài）火材（cái）料對鋼（gāng）中S的影響（xiǎng）：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下（xià），反應45min時，脫S效果更好，脫S率（lǜ）達70.12%；超過（guò）45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了（le）使鋼包獲得有效的（de）脫S效（xiào）果，使（shǐ）用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以（yǐ）盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧（yǎng）化能力，另（lìng）一方麵可以避免強還（hái）原（yuán）條件下鋼包渣導致耐火材料的過（guò）度消（xiāo）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（liào）對鋼中P含量的影（yǐng）響。實（shí）驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中（zhōng）P含量大幅（fú）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。

耐火材料對鋼水碳含量的（de）影響：實驗表明，使用含C耐（nài）火材（cái）料，鋼水顯著增C，當同一（yī）製品第二次使用時，鋼水（shuǐ）僅發生（shēng）輕微增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（jí）其中的有機粘結（jié）劑會對鋼水中的H含量（liàng）產（chǎn）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（hù）主流時，有機粘結劑導（dǎo）致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低（dī）鋼水的吸H量。

耐火（huǒ）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（lái）氮化物（wù）在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包（bāo）與中間包（bāo）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（nài）火材料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實驗（yàn）表明：在反應30min的情況下（xià），隻有鎂鈣（gài）質耐火材料能去除鋼（gāng）水中的夾（jiá）雜物（wù），其餘的堿性耐火（huǒ）材料均（jun1）使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合化（huà）合物，熔點約為（wéi）1400℃左右（yòu），可有效地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應（yīng）生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣)高熔點化合物被吸附鎂（měi）鈣質耐火材料表（biǎo）麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵上剝落下來上浮至保護渣（zhā）層中；在鎂（měi）鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中（zhōng）夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用（yòng）靜（jìng）態坩堝法研究3種不鏽鋼冶（yě）煉（liàn）用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得（dé）出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣（zhā）侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高（gāo），較不（bú）燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的（de）VOD爐渣對（duì）三種磚的侵蝕和（hé）滲透比高堿度渣嚴重（chóng）得多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿（jiǎn）度渣侵（qīn）蝕性明顯好於不燒（shāo）鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂（měi）鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗（kàng）高（gāo）堿度熔渣的侵蝕和滲（shèn）透能力，這是因為渣（zhā）與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔（róng）渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用（yòng）。

阿克蘇鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除（chú）具備鎂鈣磚的（de）特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩（wěn）定性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚的性（xìng）能同（tóng）時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性（xìng）能越（yuè）好，淨化鋼（gāng）水的效（xiào）果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗剝（bāo）落性能越強。

鎂（měi）鈣碳（tàn）磚的抗（kàng）侵（qīn）蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中（zhōng）期渣和（hé）終期（qī）渣分（fèn）別（bié）對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗（yàn）。實（shí）驗結果表（biǎo）明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生結（jié）構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護（hù）層；可是中期（qī）渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）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。

孫（sūn）惠章等人研究結果表明鎂白雲石（shí）碳磚（zhuān）高溫抗氧化性和熱震穩定性（xìng）好，抗酸性熔渣（zhā）能力強（qiáng）；而且磚中的CaO有利於鋼（gāng）水的脫O、脫（tuō）S、脫P等（děng），適合冶（yě）煉（liàn）鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐（nài）火（huǒ）材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常（cháng）少，非金屬夾雜（zá）物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控（kòng）製，合金元素（sù）成分精準並且（qiě）分（fèn）布（bù）均勻，使（shǐ）鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個（gè）過程中，耐火材料始終與鋼（gāng）水接觸，一（yī）般（bān）耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質（zhì）即鎂鈣質耐火材料能淨化（huà）鋼水（shuǐ），除（chú）去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。