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（kǎo）慮與鋼水（shuǐ）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（huò）少（shǎo）地會對鋼水產生汙（wū）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（jì）試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而（ér）能淨化鋼水，並且也不（bú）汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置（zhì）中（zhōng）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（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（bǐ）值（zhí）為1.93。鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白（bái）雲（yún）石質耐火材料是指全部用煆燒或（huò）電熔的（de）白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料是用（yòng）鎂石與白雲石合成的（de）耐火材料。MgO、CaO含量的變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熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落（luò）性能和脫硫、脫磷的效果越好，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（shè）備（bèi）的不同部位使用條件，合理選擇（zé）鎂鈣（gài）質耐火材料中（zhōng）的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨（jìng）化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼等對鋼中的雜質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（yào）爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料（liào）中的遊離CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於（yú）CaO的（de）氧勢很低，鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、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（shòu）命、降低耐火材料消耗，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（fā），而CaO對（duì）MgO的揮發性是有影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大（dà）大降低。因此，MgO質材料（liào）中加入一定（dìng）量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比（bǐ）純MgO質耐火材料更合適。

鋼（gāng）水中的脫S反應（yīng）中，要（yào）使鋼水S含量（liàng）低，熔（róng）渣必須是CaO含量高的高堿度渣（zhā），並且鋼水中溶（róng）解的O含量盡可（kě）能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在（zài），在鋼水中的溶解（jiě）度（dù）很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精（jīng）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（cǎi）用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣質耐火材（cái）料同樣也有利（lì）脫P。

鎂鈣質耐火材料的（de）熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製（zhì）熔渣的滲透。

關於H含量的問題（tí），采用真空（kōng）精煉，其H主要來自熔渣（zhā）或精煉設備內襯耐火材料的水（shuǐ）分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分（fèn）排除其中的水分，就（jiù）不存在鋼水中（zhōng）氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）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（huǒ）材料中的CaO熱力學穩定性（xìng）高，具（jù）有很低（dī）的氧平衡（héng）分（fèn）壓，在鋼水中的（de）溶解度很小（xiǎo），被認為是（shì）防止鋼水增氧的（de）有效材料。

耐火材料對（duì）鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣（gài）磚與鋼水中S的反應（yīng），檢驗（yàn）鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料的脫S效果。結（jié）果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫（tuō）S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回（huí）S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果（guǒ），使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的（de）再氧化（huà）能力，另一（yī）方麵可以避免強還原（yuán）條件下鋼包渣導致耐（nài）火（huǒ）材料的（de）過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡（kuāng）加（jiā）才研究MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼中P含量的影響。實（shí）驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大（dà）幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一（yī）步提高CaO含（hán）量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用（yòng）含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使（shǐ）用時，鋼水（shuǐ）僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫（qīng）)含量的（de）影響：耐火材料中的水分以及其中（zhōng）的有機粘結（jié）劑會（huì）對鋼水中的H含量產生（shēng）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主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地（dì）降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼（gāng）中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮（dàn）化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增（zēng）N。更大的增N量（liàng）在鋼包與中（zhōng）間包之（zhī）間，保護套管（guǎn）非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護（hù），此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水（shuǐ）中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火材料（liào）對（duì）管線鋼鋼水潔淨化的影（yǐng）響（xiǎng），實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）能去除鋼水中的（de）夾（jiá）雜物，其餘的堿性耐（nài）火材料均使鋼（gāng）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（fǎn）應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔（róng）點約（yuē）為1400℃左右，可有效（xiào）地去除鋼中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（huà）合物被（bèi）吸（xī）附鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂（měi）鈣質耐火材料中的活性CaO含量越（yuè）高，吸附鋼水中（zhōng）夾（jiá）雜物（wù）的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出（chū），CaO含量高的白（bái）雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比（bǐ）較強。燒（shāo）成白雲石磚基（jī）質部分致密程度高，較不燒（shāo）白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度較低（dī）的VOD爐渣對三種磚（zhuān）的侵蝕和滲透比高堿度渣（zhā）嚴重得多。相對（duì）而言（yán），燒成的鎂鈣磚抵（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（kàng）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（dù）熔（róng）渣（zhā）的（de）侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料（liào）作用析出C3S，使材料表（biǎo）層致密化而（ér）有效抑製熔渣的滲透。低堿度（dù）熔渣具有較強的侵蝕和（hé）滲透能力，主要是熔渣對基質的（de）強溶蝕並滲（shèn）透作用。

黃山鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研（yán）究（jiū）

鎂鈣碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類（lèi）複雜（zá）。除具備（bèi）鎂鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳（tàn）磚比鎂碳磚具有更好的（de）真空穩定性、抗熱（rè）震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及（jí）C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化（huà）鋼水（shuǐ）的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能（néng）越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐（lú）的初期渣、中期渣和終期渣分別（bié）對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳（tàn）磚的侵蝕（shí）進行（háng）實驗。實（shí）驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）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（jiào）輕，是因為在磚的界麵上產生（shēng）了C2S保（bǎo）護層；可是（shì）中期渣和終期渣，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（zhōng）及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵（qīn）蝕嚴重（chóng）。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石（shí）碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性（xìng）熔渣能力強；而且磚中的CaO有利（lì）於鋼水的（de）脫O、脫（tuō）S、脫P等，適合冶煉鋼的（de）電爐爐襯。

白雲（yún）石（shí）質耐（nài）火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）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而（ér）且尺寸很小和形態得到控（kòng）製，合（hé）金元素（sù）成分精準並且分布均（jun1）勻，使（shǐ）鋼材具有（yǒu）高性能、高品質。在鋼水從（cóng）冶煉到（dào）精（jīng）煉的整個過程中，耐火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（wū）染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。