徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼（gāng）工藝（yì）的角度研究（jiū）提高鋼的純（chún）淨度，沒有考慮與鋼水直（zhí）接接觸的耐火材料（liào）對鋼水的淨化作用，總是（shì）認為（wéi）耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通（tōng）過（guò）對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實（shí）際試驗，得出鎂鈣質材料不但（dàn）不汙染鋼水，反而（ér）能淨化鋼水，並且（qiě）也不汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用（yòng）日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火（huǒ）材料的特征（zhēng）

白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後（hòu）的理論組（zǔ）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（měi）白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料（liào）。

其中，白雲石質（zhì）耐火材料是指全部用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）和鎂鈣質耐火材料是用鎂石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使用（yòng）性能，MgO含量（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水（shuǐ）化能力越強；CaO含量（liàng）越高，抗高SiO2熔渣的（de）能力越強，高（gāo）溫（wēn）蠕變越大，抗剝落性（xìng）能和脫硫、脫磷的效（xiào）果越（yuè）好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因（yīn）此，應（yīng）該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位（wèi）使用條件，合（hé）理選擇鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石（shí）質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼（gāng）等對鋼（gāng）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。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與（yǔ）鋼水（shuǐ）中的S、P等雜質反應（yīng），使其轉（zhuǎn）移（yí）到爐（lú）渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功（gōng）能。由於CaO的氧勢（shì）很低，鎂（měi）鈣質耐火材料也適（shì）合用於冶煉低氧鋼，是爐外（wài）精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近（jìn）年來，為了淨化鋼（gāng）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火材料進行了（le）許多試驗研究，取得了很好的結果（guǒ）。

MgO在真空條件下容易（yì）揮（huī）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（duì）揮發性大大降低。因此，MgO質材料中（zhōng）加入一定量的CaO製成MgO—CaO質（zhì）耐火材料，在高溫真空條件下使（shǐ）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，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並（bìng）且（qiě）鋼水中溶解的（de）O含量盡可能要低。要使O含量（liàng）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，在鋼水（shuǐ）中（zhōng）的溶解度很小，而CaO的氧勢也（yě）很小，因此，精煉設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火材（cái）料。溫度升高不（bú）利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔（róng）渣有利（lì）脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐（nài）火材料同樣也（yě）有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高（gāo）、抗渣滲透性好（hǎo），特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反應（yīng）生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣（zhā）的滲透（tòu）。

關（guān）於H含量的問題，采用真空精（jīng）煉，其H主要來自（zì）熔渣或精煉設備內襯（chèn）耐火材（cái）料的水分及有機添加物。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，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對鋼水性能的影響

耐火材（cái）料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材料中的（de）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，被認為是防止鋼（gāng）水增氧的有效（xiào）材料。

耐（nài）火材料對鋼（gāng）中S的影響：田琳等人試（shì）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（de）脫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（gāng）包獲得有效（xiào）的脫S效果，使用白雲石質鋼包內（nèi）襯是（shì）很必要的，這樣一方麵可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（tiáo）件（jiàn）下鋼包渣導（dǎo）致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡（kuāng）加才研究MgO—CaO質（zhì）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25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始（shǐ）的0.1%降低到0.01%，進一步提高（gāo）CaO含量，鋼中（zhōng）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（míng），使用（yòng）含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同（tóng）一製（zhì）品（pǐn）第二次使用時，鋼水僅發（fā）生（shēng）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其中的有機（jī）粘（zhān）結劑會對鋼水中（zhōng）的H含量產生顯著影（yǐng）響。連鑄過程中，鋼（gāng）包（bāo）和中間包係統中使用保護套管保護主流（liú）時，有機粘結劑（jì）導（dǎo）致吸（xī）H。對鋼包、中間（jiān）包（bāo）烘烤（kǎo），能有效地（dì）降低（dī）鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響（xiǎng）：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物（wù）在耐火材料中（zhōng）應用受到關注，如Sialon分（fèn）解對鋼水造成增N。更（gèng）大的（de）增N量在鋼包與中間包之（zhī）間，保護套管非常重要（yào），連鑄的增N點就是長（zhǎng）水口保（bǎo）護，此處（chù）增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響（xiǎng）：田琳（lín）等人研究了鎂鈣、鎂（měi）鋁、鎂（měi）鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔（jié）淨化的影響，實驗表明：在（zài）反應（yīng）30min的情（qíng）況下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜（zá）物，其（qí）餘的堿性耐火材（cái）料均（jun1）使鋼水夾（jiá）雜物數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反（fǎn）應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複（fù）合化合（hé）物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效地去除（chú）鋼（gāng）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（wù）被（bèi）吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂鈣質耐火（huǒ）材料表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，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵（bīng）等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚（zhuān）的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高（gāo）堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕（shí）和（hé）滲透能力比較強。燒成白雲石（shí）磚基質部（bù）分致密程度（dù）高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三（sān）種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣（zhā）嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵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（shí）能力好（hǎo）於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵（dǐ）抗高堿度熔（róng）渣的（de）侵（qīn）蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而（ér）有效抑製熔渣的滲（shèn）透（tòu）。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的（de）強溶蝕（shí）並滲透作用。

泰（tài）安鎂（měi）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（zá）。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好的（de）真空穩定性、抗熱震性。鎂（měi）鈣碳磚（zhuān）的性能同時取決於CaO及（jí）C的含（hán）量。CaO含量越高，抗剝落性（xìng）能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性（xìng）能越強。

鎂（měi）鈣碳磚的（de）抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉（liàn）鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分（fèn）別對（duì）鎂鈣碳磚及鎂碳磚的（de）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（jié）構剝落，蝕（shí）損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕較輕，是因為在（zài）磚的界麵（miàn）上（shàng）產生了C2S保護層；可是中期渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而（ér）分別比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為其在高（gāo）溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等（děng）人研（yán）究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔（róng）渣能力強；而且磚中的CaO有（yǒu）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（nài）火材料對潔淨鋼的影響（xiǎng）

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（liàng）少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程（chéng）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（xiē）汙染，唯有白雲石質即鎂鈣（gài）質耐火材料能淨化鋼水，除（chú）去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。