徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材（cái）料（liào）對鋼水的淨化作（zuò）用，總是認為耐火材料或多或少（shǎo）地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的（de）理論研究和實際試驗（yàn），得出鎂鈣質材料不（bú）但（dàn）不（bú）汙染鋼水，反而能（néng）淨（jìng）化鋼水，並且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精（jīng）煉（liàn）裝（zhuāng）置（zhì）中應用（yòng）日益增加（jiā）。

白雲（yún）石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是（shì）天然礦（kuàng）物原料，煆燒後的理論組成為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括（kuò）白雲石質耐火材料、鎂白（bái）雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火（huǒ）材料。

其中，白雲石質耐火材料（liào）是指全部用煆燒（shāo）或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與（yǔ）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，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果（guǒ）越（yuè）好（hǎo），但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能越差。因此，應該根（gēn）據爐外精煉等（děng）熱（rè）工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐火材料對淨化鋼水作用（yòng）的影（yǐng）響（xiǎng）

潔淨鋼（gāng）、特殊鋼等對鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格（gé），需（xū）要（yào）爐外精煉（liàn）除去鋼中雜質及（jí）夾雜（zá）物以及脫氣、調整（zhěng）化學成分和均勻（yún）化等。鎂鈣質耐火材（cái）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、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣（gài）質耐火材料也適（shì）合用於（yú）冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨鋼、特殊鋼等（děng）設備的耐火材料。近年來，為了（le）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（shí）質耐火材料進行了許多試（shì）驗研究，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（ěr）分數）就可使（shǐ）MgO相對揮發（fā）性（xìng）大大（dà）降低。因（yīn）此（cǐ），MgO質材（cái）料中加入一定量的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反應中，要使鋼水S含量低（dī），熔渣必須是CaO含量高的高堿度（dù）渣，並且鋼水中溶（róng）解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢（shì）盡可能（néng）低的（de）耐火材料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼（gāng）水中的溶解（jiě）度很小，而（ér）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（dù）高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質（zhì）耐火材料同樣也（yě）有利脫P。

鎂鈣質耐火材（cái）料的（de）熱（rè）震穩定性高（gāo）、抗渣滲透性好，特別是熔渣（zhā）中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生（shēng）成高熔點（diǎn）化合物（wù）C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔（róng）渣的滲透。

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（cái）料（liào）的水分及有機添加物（wù）。熱（rè）力（lì）學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不（bú）存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影（yǐng）響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光（guāng）等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定（dìng）性高，具有很低的氧平衡（héng）分壓，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（cái）料對鋼中S的影響：田（tián）琳等人試驗研究鎂鈣磚（zhuān）與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火（huǒ）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（lǜ）降低，出現“回S”現象。為（wéi）了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質（zhì）鋼包內襯是很（hěn）必要的，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（guò）度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加（jiā）才研究MgO—CaO質澆注料（liào）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（shí），鋼（gāng）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含量，鋼（gāng）中P含量僅有小幅（fú）度降（jiàng）低。

耐火材料（liào）對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使（shǐ）用含（hán）C耐火材料，鋼水顯著增C，當同（tóng）一製品第二次使用時（shí），鋼水僅發（fā）生輕微增（zēng）C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影（yǐng）響：耐（nài）火材（cái）料中的水分以及其中的（de）有機（jī）粘結（jié）劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包（bāo）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（zhōng）間包烘烤，能（néng）有效地降低（dī）鋼水的吸（xī）H量。

耐火（huǒ）材料對（duì）鋼中（zhōng）N(氮)含（hán）量的影響（xiǎng）：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用（yòng）受到關注，如Sialon分（fèn）解（jiě）對鋼水（shuǐ）造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包（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（gāng）水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材（cái）料對管線鋼鋼（gāng）水（shuǐ）潔淨（jìng）化（huà）的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，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加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜（zá）物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與（yǔ）SiO2反應（yīng）生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔（róng）點化合物（wù）被吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上（shàng）剝落下來（lái）上浮至保護（hù）渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸（xī）附鋼水中夾（jiá）雜物的能力越強。

鎂（měi）鈣質耐火材料的抗侵蝕性能（néng）：梁（liáng）義兵（bīng）等人采用靜態坩堝法研究3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出（chū），CaO含量（liàng）高的（de）白雲石磚抗高（gāo）堿度的AOD渣侵蝕和滲（shèn）透能力比（bǐ）較強。燒（shāo）成白雲石磚（zhuān）基質（zhì）部分（fèn）致密程度高，較不燒（shāo）白雲石磚具有（yǒu）更好的抗高堿度渣侵蝕性（xìng）。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度（dù）渣嚴重得多。相對而（ér）言，燒成的鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂（měi）鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂（měi）鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔（róng）渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料（liào）作用析出C3S，使材料表層致（zhì）密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔（róng）渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣（zhā）對基質（zhì）的強溶蝕並滲透作用。

金華鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚（zhuān）的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好（hǎo）的真（zhēn）空穩定性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣（zhā）侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂（měi）鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等（děng）人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣（zhā）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（qī）渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生（shēng）結構剝落，蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為（wéi）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磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為（wéi）其在高溫中及被渣（zhā）中∑FeO溶解，所（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴重（chóng）。

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

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼（gāng）中有害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少，非金屬夾雜物不（bú）僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金（jīn）元素成分（fèn）精準並且分布（bù）均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉（liàn）到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對（duì）鋼水或多或少總有些汙染，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（fēi）金屬夾雜物，而且不汙染環境。