徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角（jiǎo）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料對鋼水的淨化作（zuò）用（yòng），總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐火材料的（de）理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但（dàn）不汙染（rǎn）鋼水，反而能淨化鋼（gāng）水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置（zhì）中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材（cái）料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料（liào），煆燒（shāo）後的理（lǐ）論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為1.93。鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料（liào）主（zhǔ）要包（bāo）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，白雲石（shí）質耐火材料是指全部（bù）用煆燒或電熔的白雲（yún）石做原（yuán）料的（de）定型或不定形耐火材料；鎂（měi）白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與（yǔ）白雲石合成的耐（nài）火材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響鎂鈣質（zhì）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（liàng）越高，抗高SiO2熔（róng）渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫（tuō）磷（lín）的效果越好，但抗（kàng）水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此（cǐ），應該根據（jù）爐外精煉等熱工設（shè）備（bèi）的不同部位（wèi）使用條件，合理選擇鎂鈣（gài）質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼（gāng）水作用的影響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼等對鋼中的雜質（zhì）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（xū）要爐外精煉除去鋼中雜質（zhì）及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和（hé）均勻化等。鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）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CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也（yě）適合用（yòng）於冶煉低氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐（nài）火材料（liào）。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（yún）石質（zhì）耐火材料進行了許多試驗研（yán）究，取得了（le）很好的（de）結果。

MgO在真空條件下容易揮發（fā），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相對揮發性大大（dà）降低。因此，MgO質材料中（zhōng）加入一定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在（zài）高溫真空條（tiáo）件下（xià）使（shǐ）用比（bǐ）純MgO質耐火（huǒ）材料更合適（shì）。

鋼水中的脫S反應中，要（yào）使鋼水S含量（liàng）低，熔渣（zhā）必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡（jìn）可能要低。要使（shǐ）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（cún）在，在（zài）鋼水中的溶解度（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（liào）。溫度升高不利於脫P，但鋼（gāng）包中采用CaO含量高即堿度（dù）高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐（nài）火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐火材料（liào）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（de）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（jīng）煉設備內（nèi）襯耐火材料的（de）水分及有機添加（jiā）物。熱力學（xué）分析認為：要在1200℃下（xià）長期烘（hōng）烤，充分排除其中的水分，就不存在（zài）鋼水中氫（H）含量增高問（wèn）題（tí）。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

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（xué）穩定性高，具有很低（dī）的氧平衡分壓，在（zài）鋼水（shuǐ）中的溶（róng）解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材（cái）料。

耐火材料對鋼（gāng）中S的影（yǐng）響（xiǎng）：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中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45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降（jiàng）低，出現“回（huí）S”現象。為了（le）使鋼（gāng）包獲得有效的脫S效果，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）再氧化能力，另一方麵可（kě）以（yǐ）避（bì）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。實驗結果表明：當澆注料中（zhōng）w（CaO）為25%時（shí），鋼中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，鋼中（zhōng）P含（hán）量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表（biǎo）明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當（dāng）同一製品第（dì）二次使用時，鋼水僅發生輕微（wēi）增C。

耐火材料對鋼（gāng）中H(氫)含量的影（yǐng）響（xiǎng）：耐火材料中的水分以（yǐ）及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。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（jiān）包（bāo）烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在（zài）耐火材料中應用受到關（guān）注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量（liàng）在（zài）鋼包與中間包之間，保護（hù）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。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳（lín）等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材（cái）料對管線鋼（gāng）鋼水潔（jié）淨化的影響，實驗表明：在（zài）反應（yīng）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（liàng）增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應（yīng），如CaO與（yǔ）Al2O3反應生（shēng）成Ca12Al4O3的複（fù）合化合（hé）物，熔點約為1400℃左右，可有效地去（qù）除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸（suān）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（huò）者從鎂鈣質耐火材料表麵（miàn）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含量越高（gāo），吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的抗侵蝕性能：梁義（yì）兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的（de）抗渣性（xìng）。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕和（hé）滲透能力比（bǐ）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（zhuān）具有更好的抗高堿度渣侵蝕性（xìng）。堿度較（jiào）低的VOD爐（lú）渣對三種磚的（de）侵蝕和滲透（tòu）比高堿度渣（zhā）嚴重得多。相對而（ér）言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於（yú）不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣（gài）質材料（liào）具有良好的抵抗高堿度熔渣的（de）侵蝕和滲透能力，這（zhè）是因為渣與鎂鈣材（cái）料作用析（xī）出C3S，使材料表層致密化而有效抑製（zhì）熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較（jiào）強的侵蝕和滲透能力，主要是熔（róng）渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

烏蘭（lán）察布鎂（měi）磚之鎂鈣（gài）碳磚的性能及抗侵蝕（shí）的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣（gài）磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂（měi）鈣（gài）碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、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，抗剝落性能越好（hǎo），淨化鋼水的效果也越好；C含量（liàng）越高（gāo），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（fèn）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（yīn）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（de）界麵（miàn）上產生了C2S保護（hù）層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比（bǐ）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磚侵蝕嚴重。

孫惠章等（děng）人研究結果表（biǎo）明鎂白雲石（shí）碳（tàn）磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚（zhuān）中（zhōng）的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫（tuō）P等，適（shì）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，而且尺寸很（hěn）小和形態得到控（kòng）製，合金（jīn）元（yuán）素成分精準並且分布均勻，使鋼材具（jù）有（yǒu）高性能、高（gāo）品質。在（zài）鋼水從（cóng）冶煉到精煉（liàn）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（shǎo）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（jīn）屬夾雜物，而且不汙染環境。