徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝（yì）的角度（dù）研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼（gāng）水直（zhí）接接（jiē）觸的耐（nài）火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料（liào）或多或（huò）少地會對鋼水產（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，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水（shuǐ），反而（ér）能淨化鋼（gāng）水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐（lú）外精煉裝置（zhì）中應用日益增（zēng）加（jiā）。

白雲石與鎂鈣質耐（nài）火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦（kuàng）物原料，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（huǒ）材（cái）料主（zhǔ）要包括白雲石質耐火材（cái）料、鎂（měi）白雲石（shí）質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料。

其中，白雲石質耐火（huǒ）材料是指全部用煆燒或電熔的白雲（yún）石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐（nài）火材料是用鎂石與白雲石合成的耐（nài）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（qiáng），高溫蠕變越大，抗（kàng）剝落性能（néng）和脫硫、脫磷的效果越（yuè）好，但（dàn）抗水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越（yuè）差（chà）。因此，應該根據（jù）爐外精煉等熱工設備的不同（tóng）部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用（yòng）的影響（xiǎng）

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜（zá）質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜（zá）物的含量要求（qiú）嚴格，需要爐外（wài）精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及（jí）脫氣、調整化學成分和均勻化等。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（qí）轉移到（dào）爐渣中（zhōng），具有除去雜質、淨化鋼水（shuǐ）的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶（yě）煉低氧（yǎng）鋼，是（shì）爐外精煉冶（yě）煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料（liào）。近年來，為了淨化鋼（gāng）水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低耐火材料（liào）消耗（hào），研（yán）究人員對白雲石質耐火材料進（jìn）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，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性（xìng）大大降低。因此，MgO質材料中加入（rù）一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使（shǐ）用比純MgO質耐火材料（liào）更合（hé）適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要（yào）低。要使O含量低，就要選擇（zé）氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下以氣態存在，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（zhì）耐火材料。溫度升高（gāo）不利於脫（tuō）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（měi）鈣質耐火材料同（tóng）樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料（liào）的熱震穩定（dìng）性高、抗渣滲透性（xìng）好（hǎo），特別是熔（róng）渣中（zhōng）SiO2滲入會與MgO-CaO耐（nài）火材料中的CaO反應生成高熔點（diǎn）化合物（wù）C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含（hán）量的問（wèn）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水分及有機添加物。熱力學分（fèn）析認為：要在（zài）1200℃下長期烘烤，充分排除（chú）其中的水分，就不存在（zài）鋼水（shuǐ）中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響（xiǎng）

耐火材料對鋼中氧含（hán）量的影響：王龍光（guāng）等人認為（wéi）MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被（bèi）認為是防止鋼（gāng）水增氧（yǎng）的（de）有效材料。

耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）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，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應（yīng）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（xiàng）。為了使鋼包獲得（dé）有效的脫（tuō）S效果，使用白雲石（shí）質鋼包內襯是很必（bì）要的，這樣一方麵可以盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以（yǐ）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（hán）量的影響：匡（kuāng）加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為（wéi）25%時，鋼（gāng）中（zhōng）P含量大（dà）幅度降低，由（yóu）原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅有小幅度降低（dī）。

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（cái）料（liào），鋼（gāng）水顯著（zhe）增C，當同一製品第（dì）二次使用時，鋼水僅發（fā）生輕微（wēi）增（zēng）C。

耐火材（cái）料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火（huǒ）材料中的水分以及其中的有機（jī）粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影（yǐng）響。連鑄過程中（zhōng），鋼（gāng）包和中間包係統中使用保護套管保護主流（liú）時，有機粘（zhān）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。

耐火材料對鋼中（zhōng）N(氮)含量的影響：傳統耐火（huǒ）材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關（guān）注（zhù），如Sialon分（fèn）解對鋼水（shuǐ）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（diǎn）就是長（zhǎng）水口保護，此處增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻（gè）耐火材料對（duì）管線鋼鋼（gāng）水潔淨化的影響，實（shí）驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材（cái）料能去除鋼水中的夾（jiá）雜物，其餘的（de）堿性耐（nài）火材料均使鋼水夾雜物（wù）數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂（měi）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（yuē）為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被（bèi）吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成（chéng）保（bǎo）護層（céng），或者從鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料表麵上剝落下（xià）來（lái）上浮至保護渣層中；在鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料中的（de）活性（xìng）CaO含量越高，吸（xī）附鋼水中夾雜（zá）物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料（liào）的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等人（rén）采用靜態坩堝（guō）法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲（shèn）透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白（bái）雲石磚具有更好的（de）抗高（gāo）堿度渣侵蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐渣對三（sān）種磚的侵（qīn）蝕和滲透（tòu）比（bǐ）高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣（gài）磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成（chéng）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度（dù）熔渣的侵蝕和滲透（tòu）能力，這是因為渣與（yǔ）鎂鈣（gài）材料作用析出C3S，使材料表層致密化而（ér）有效抑製熔渣的滲透。低堿度（dù）熔渣具（jù）有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔（róng）渣（zhā）對基質的強溶蝕並滲透作用。

沈陽（yáng）鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂（měi）鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空（kōng）穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性能同時取決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量越高（gāo），抗剝落（luò）性能越好，淨化（huà）鋼水的效（xiào）果也越好；C含量越高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝落（luò）性能越強。

鎂鈣碳磚的（de）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（qī）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（de）侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護（hù）層；可是中期渣和（hé）終期（qī）渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及（jí）被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章（zhāng）等人研究結果表明（míng）鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣能力（lì）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。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影（yǐng）響

潔淨鋼（gāng）係指鋼中有害成（chéng）分（fèn）（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（tài）得到控製（zhì），合金（jīn）元素成分精準並且分布均勻（yún），使鋼材（cái）具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般（bān）耐火材（cái）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（chú）去鋼中的非金屬夾（jiá）雜物（wù），而且不汙染環境。