徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角（jiǎo）度（dù）研究提高（gāo）鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直（zhí）接接觸的耐火材料對鋼水（shuǐ）的淨化作用，總是（shì）認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲（yún）石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際（jì）試驗（yàn），得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等（děng）爐外精煉裝（zhuāng）置中應（yīng）用日益增加。

白雲石與鎂（měi）鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然礦物原料，煆燒後（hòu）的理論組成為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為（wéi）1.93。鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔（róng）的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂（měi）白雲石和（hé）鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合（hé）成的耐（nài）火材料。MgO、CaO含（hán）量的（de）變化影響鎂鈣質製（zhì）品的高溫（wēn）使用性能（néng），MgO含量越（yuè）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（lì）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（shí）的性能越差。因此，應該根據（jù）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（zhì）耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化（huà）鋼水作用的影響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴（yán）格，需要爐外精（jīng）煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣（qì）、調整化學成分和均勻化（huà）等。鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等（děng）雜質反（fǎn）應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐火材料也（yě）適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純（chún）淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐（nài）火材料進行了許多試驗研究，取得了（le）很好的結（jié）果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾（ěr）分（fèn）數）就可使MgO相對揮發性（xìng）大大降低（dī）。因此，MgO質材料中加入一定量（liàng）的（de）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（huǒ）材料更合（hé）適。

鋼水（shuǐ）中的（de）脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含（hán）量高的高堿度渣，並且（qiě）鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就（jiù）要選擇（zé）氧勢盡可（kě）能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以（yǐ）氣（qì）態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度（dù）升高不利於脫P，但鋼包中（zhōng）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也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱（rè）震穩（wěn）定性高、抗渣滲透性好，特（tè）別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐（nài）火材料中的CaO反應生成高熔點化合物（wù）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，采用真（zhēn）空精煉，其H主要（yào）來自熔渣或精煉設備內襯耐（nài）火材（cái）料的水分及有機添加（jiā）物（wù）。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充（chōng）分排除其中的水分（fèn），就不存在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣（gài）質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量（liàng）的影響：王龍（lóng）光等（děng）人認為MgO—CaO耐火材料中（zhōng）的CaO熱力學（xué）穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶（róng）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（gāng）中S的影響：田琳等人（rén）試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應（yīng），檢驗鎂鈣質（zhì）耐火材料的脫S效果。結果表明（míng）：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好（hǎo），脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現（xiàn）象。為了使（shǐ）鋼包獲得（dé）有效的脫S效果，使用（yòng）白雲石質（zhì）鋼包內襯是很必要（yào）的（de），這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化（huà）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。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實（shí）驗結（jié）果表明：當澆注料中（zhōng）w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度（dù）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（liàng）僅有小幅度降低。

耐火材料對（duì）鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐（nài）火材料，鋼（gāng）水顯（xiǎn）著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響（xiǎng）：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產（chǎn）生顯著影響。連（lián）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（yǒu）機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能（néng）有效地（dì）降低鋼水的吸H量。

耐（nài）火（huǒ）材料對（duì）鋼中N(氮)含量的（de）影響：傳統耐火材料N含量很低，近年（nián）來氮化物在耐火材（cái）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）與中間包之間，保護（hù）套管非常重要，連鑄的增N點就是（shì）長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料（liào）對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研（yán）究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表（biǎo）明：在反應30min的情況下（xià），隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材（cái）料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化（huà）合（hé）物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反應生成（chéng）C2S(矽（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被（bèi）吸附鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵，形成保護層，或（huò）者從鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料表（biǎo）麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等人采（cǎi）用靜態坩堝法研究3種不鏽（xiù）鋼冶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（néng）力比較強。燒成白雲石磚（zhuān）基（jī）質部分致密程度高，較不（bú）燒（shāo）白雲石磚具有更（gèng）好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣（zhā）對三種磚的侵蝕和滲（shèn）透比高堿度渣嚴重得多（duō）。相對而言，燒（shāo）成的（de）鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度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含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具有良好的抵（dǐ）抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這（zhè）是因為渣與鎂鈣（gài）材（cái）料（liào）作用析出C3S，使材料表層致密化而有效（xiào）抑製熔（róng）渣的滲透。低堿度熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質（zhì）的強溶蝕並滲透作用。

哈（hā）爾濱鎂磚之鎂鈣碳磚的（de）性能及（jí）抗（kàng）侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚（zhuān）的（de）特性（xìng）外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳（tàn）磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水（shuǐ）的效果也（yě）越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

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實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比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磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期（qī）渣和（hé）終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚的（de）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（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴重（chóng）。

孫惠章等人研究結果表（biǎo）明鎂白雲石碳磚高溫抗氧（yǎng）化性和熱震穩定性好，抗酸性熔（róng）渣能力強；而且磚（zhuān）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。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係（xì）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，而且尺（chǐ）寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻（yún），使（shǐ）鋼材（cái）具有高性能、高品質。在鋼水從冶（yě）煉到精煉的整個過（guò）程中，耐火材料（liào）始終與鋼水（shuǐ）接觸，一般耐火材料對（duì）鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾（jiá）雜物，而且不汙染環境。