徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火材料對鋼水的（de）淨化作用，總是認為耐火材料或（huò）多或少（shǎo）地會對鋼水產（chǎn）生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不（bú）但不汙染鋼（gāng）水，反而能淨化鋼水，並（bìng）且也不汙染環境，在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼包等（děng）爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石（shí）與鎂鈣質耐火材料的特征（zhēng）

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

其中，白雲石質耐火材料是指全部用（yòng）煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石（shí）和（hé）鎂鈣質耐（nài）火材料是用鎂石（shí）與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫（wēn）使用（yòng）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熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和（hé）脫硫、脫磷的效果越好，但抗（kàng）水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越（yuè）差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的（de）不同部位使用條件（jiàn），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響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等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及脫氣、調整化學（xué）成分和均勻（yún）化等。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，使其轉（zhuǎn）移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧（yǎng）鋼，是爐外精（jīng）煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料（liào）。近（jìn）年（nián）來，為（wéi）了淨（jìng）化鋼（gāng）水、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗（hào），研（yán）究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試（shì）驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空（kōng）條件（jiàn）下容易揮發，而（ér）CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就（jiù）可使MgO相（xiàng）對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在（zài）高溫真空條件下使用比（bǐ）純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫（tuō）S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須（xū）是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水（shuǐ）中溶解的O含量盡可能要低。要使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（wēn）下以氣態存在，在鋼水（shuǐ）中的溶（róng）解度很（hěn）小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升（shēng）高（gāo）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P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣（yàng）也有利脫P。

鎂（měi）鈣（gài）質耐（nài）火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入（rù）會（huì）與MgO-CaO耐火材料中的（de）CaO反應生成高熔點化（huà）合物C2S或C3S,形成保護層，從而（ér）抑製熔渣的滲（shèn）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（de）水分及有機添加（jiā）物。熱力學分析（xī）認為：要在1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中（zhōng）氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質（zhì）耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的（de）影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材（cái）料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低（dī）的氧平衡分壓（yā），在鋼水中的溶解度很小，被（bèi）認（rèn）為是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效（xiào）材料。

耐火材料對鋼中S的（de）影響：田琳等人試驗（yàn）研究鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐（nài）火材料的脫（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。為了使鋼包獲得有效的脫S效（xiào）果，使用白雲石質鋼（gāng）包內襯是（shì）很必要的，這樣一方麵可（kě）以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料（liào）對鋼中P含量的影響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響（xiǎng）。實驗結（jié）果表明：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大（dà）幅度降低，由原始（shǐ）的0.1%降低到0.01%，進一（yī）步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降（jiàng）低（dī）。

耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）水（shuǐ）碳含量（liàng）的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同（tóng）一（yī）製品第二次（cì）使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增C。

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

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響（xiǎng）：傳統耐火材料N含量（liàng）很低，近年來氮化物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量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是（shì）長水口保護，此處增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料（liào）對（duì）鋼水中夾雜物的影響：田琳（lín）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（yǐng）響，實（shí）驗表明：在（zài）反應30min的情況下（xià），隻有鎂鈣質耐火材料能去（qù）除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼（gāng）水夾雜物數量（liàng）增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複（fù）合化合物，熔點（diǎn）約為1400℃左右（yòu），可（kě）有效地（dì）去除（chú）鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵（miàn），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層（céng）中；在鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的活性CaO含量越高，吸附（fù）鋼水中夾雜物的（de）能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗（kàng）侵蝕性（xìng）能：梁義（yì）兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶（yě）煉用鎂（měi）鈣磚的抗渣（zhā）性。試驗結果得出，CaO含量高的（de）白雲石磚抗高堿度（dù）的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，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爐渣對三種磚的（de）侵蝕和滲（shèn）透比高堿度渣嚴重得多（duō）。相對而言（yán），燒（shāo）成的鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿（jiǎn）度（dù）渣侵蝕（shí）性明顯好於不燒鎂鈣磚，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（hán）量低（dī）的（de）鎂鈣磚。鎂（měi）鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣（zhā）的侵蝕（shí）和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料（liào）表層致密化而有效抑製（zhì）熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要（yào）是熔渣對基（jī）質的強溶蝕並滲透作用。

昌吉（jí）鎂磚之鎂鈣碳磚的（de）性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成（chéng）鎂鈣磚種類複雜。除具備（bèi）鎂鈣磚（zhuān）的特（tè）性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的（de）真空穩定性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性（xìng）能同時取決於CaO及（jí）C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨（jìng）化鋼（gāng）水的效果也越好（hǎo）；C含量越高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝落（luò）性能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚（zhuān）的抗侵蝕研（yán）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鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行（háng）實驗（yàn）。實驗結果表明：初期（qī）渣MgO—C磚（zhuān）蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落（luò），蝕（shí）損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較輕，是因（yīn）為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反（fǎn）而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高（gāo）溫中及被渣中∑FeO溶（róng）解，所（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章（zhāng）等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性（xìng）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（tuō）P等，適合冶煉鋼的電爐（lú）爐襯。

白雲石質（zhì）耐火材料對（duì）潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼（gāng）中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金（jīn）屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到（dào）控製，合金元素成分精準並且分布均（jun1）勻（yún），使鋼材具有高（gāo）性能、高品質。在鋼水從（cóng）冶煉到精煉的整個（gè）過程中，耐火（huǒ）材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨（jìng）化鋼（gāng）水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。