徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼工藝的角（jiǎo）度研究提（tí）高鋼的（de）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（yán）究和實際試驗（yàn），得出鎂鈣質（zhì）材料不（bú）但不汙染（rǎn）鋼水（shuǐ），反而能淨（jìng）化鋼水，並且也不汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼包等（děng）爐外精煉裝置中應用日益增（zēng）加。

白雲石與鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料的特征

白雲（yún）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白雲石質耐火材（cái）料、鎂白雲石質耐火材料（liào）、鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）。

其中，白雲（yún）石質耐火材料是指（zhǐ）全部用煆燒或（huò）電（diàn）熔的白雲石做原（yuán）料的定型（xíng）或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能（néng）力越強，高溫蠕變越（yuè）大，抗剝（bāo）落性能和脫硫、脫磷（lín）的效果越好，但（dàn）抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此（cǐ），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（xuǎn）擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材（cái）料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜（zá）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（zhōng）雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜質反（fǎn）應，使其（qí）轉移到爐渣中，具有除去雜質（zhì）、淨（jìng）化鋼水的功能。由於（yú）CaO的氧勢很低，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（gāng）、純淨鋼、特（tè）殊鋼等設備的耐火材（cái）料（liào）。近年來，為了淨化（huà）鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料（liào）消耗，研究人員對白雲石（shí）質耐火材料（liào）進行了許多試驗研究（jiū），取（qǔ）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）就可使MgO相對揮發性大大降低。因（yīn）此，MgO質（zhì）材料中加入一（yī）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質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反（fǎn）應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高（gāo）的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含（hán）量盡可能要低。要（yào）使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低（dī）的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解（jiě）度（dù）很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設備應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含量高即堿度高的（de）熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的（de）熱震穩定性高（gāo）、抗渣滲透性好，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C3S,形成保護（hù）層，從而抑製熔渣的（de）滲透。

關於H含量的問題（tí），采用真空精煉，其（qí）H主要來自熔渣或（huò）精煉設（shè）備內襯耐火材料的水分及有機添加（jiā）物。熱力學分（fèn）析認為：要（yào）在1200℃下長期烘烤，充分排（pái）除其（qí）中的水分，就不存在鋼水中（zhōng）氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材（cái）料對鋼（gāng）中氧含（hán）量的影響：王（wáng）龍光等（děng）人（rén）認為（wéi）MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定（dìng）性高，具有很低的（de）氧平衡分（fèn）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的影響：田琳等人試（shì）驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料的脫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（chāo）過45min，脫S率降低（dī），出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫（tuō）S效果，使用白雲石質鋼（gāng）包內襯是很必（bì）要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內（nèi）襯的再氧化能力，另一方麵（miàn）可以避免強還原條件下（xià）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（de）影響：匡加才研究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（hán）量，鋼中P含（hán）量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含（hán）量的影響：實驗（yàn）表（biǎo）明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一（yī）製品第二（èr）次使用時，鋼水僅發生輕微增（zēng）C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響（xiǎng）：耐火材料中（zhōng）的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著（zhe）影響。連鑄過程中（zhōng），鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐（nài）火材料對鋼中N(氮)含（hán）量的（de）影響：傳統耐火材料N含量很（hěn）低，近年來氮化物在耐火材料（liào）中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更（gèng）大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套（tào）管非常重要，連（lián）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（zá）物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔（jié）淨化的影響（xiǎng），實驗（yàn）表明（míng）：在反應30min的情況下，隻（zhī）有（yǒu）鎂鈣質耐火材料能（néng）去除鋼水中的夾雜物，其（qí）餘的堿性耐火（huǒ）材料均（jun1）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CaO反應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可有（yǒu）效地去除鋼（gāng）中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化（huà）合物被（bèi）吸（xī）附鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材（cái）料表麵上（shàng）剝落（luò）下來上（shàng）浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的（de）活性CaO含量越高，吸附鋼水（shuǐ）中（zhōng）夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）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的抗渣性。試驗結果得出，CaO含（hán）量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透（tòu）能力比較強。燒成白雲石磚基質（zhì）部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透（tòu）比高堿度渣嚴重（chóng）得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）性明顯好於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的（de）燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的（de）鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與（yǔ）鎂鈣材（cái）料作用析出C3S，使材料（liào）表層致密化而有（yǒu）效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣（zhā）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。

北京鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成鎂鈣磚種類複雜（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（zhēn）空穩定性、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（bāo）落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣（zhā）侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的（de）抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼（gāng）轉爐的初期渣（zhā）、中期（qī）渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚的侵蝕（shí）進行實驗。實驗結果表明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚產生結構剝（bāo）落，蝕損最嚴重（chóng）；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚（zhuān）的界麵上產（chǎn）生了C2S保護層；可是中期渣和（hé）終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因為（wéi）其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠（huì）章等人研究結（jié）果（guǒ）表明鎂白雲石碳磚高溫抗（kàng）氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強（qiáng）；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材（cái）料對潔淨鋼的影響（xiǎng）

潔淨鋼係指（zhǐ）鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸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（jù）有高（gāo）性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料（liào）始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲（yún）石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去（qù）鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。