徐平坤

以前（qián），從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼水直接接觸的（de）耐火材料對鋼水的淨化作用，總是（shì）認為耐火材料或多或少（shǎo）地會對（duì）鋼水產生汙染。可（kě）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，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦（kuàng）物原料，煆燒後的理（lǐ）論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火（huǒ）材料主（zhǔ）要包括白雲石質耐火材料（liào）、鎂（měi）白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石（shí）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（liào）是用鎂（měi）石（shí）與白雲（yún）石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響（xiǎng）鎂鈣（gài）質製品的高溫使用（yòng）性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化（huà）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、脫磷的效果越好（hǎo），但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應（yīng）該根據爐外精（jīng）煉等熱工設備（bèi）的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼（gāng）等對（duì）鋼（gāng）中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要（yào）爐外（wài）精（jīng）煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整（zhěng）化學成分和均勻化等。鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料中的（de）遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等（děng）雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去（qù）雜質、淨化鋼水的功能（néng）。由於CaO的氧勢（shì）很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊鋼等（děng）設備（bèi）的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的（de）結果。

MgO在（zài）真空條件下容易揮發（fā），而CaO對MgO的（de）揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相（xiàng）對揮發性大（dà）大降低。因此，MgO質材料中加入一（yī）定量的CaO製成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在高溫真空條件（jiàn）下使用比（bǐ）純MgO質耐火材料（liào）更合適（shì）。

鋼水中（zhōng）的脫（tuō）S反應中，要使鋼（gāng）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（de）O含量盡可能要低。要（yào）使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料（liào），Mg與Ca在高（gāo）溫下以氣態（tài）存在（zài），在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，而CaO的氧勢也很（hěn）小，因此，精（jīng）煉設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於（yú）脫P，但鋼包中采（cǎi）用CaO含（hán）量高即堿度高的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣（gài）質耐火材料的熱震穩定性（xìng）高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材（cái）料中的CaO反應生成高熔（róng）點化合物C2S或C3S,形（xíng）成保護層，從而抑製熔（róng）渣的滲透（tòu）。

關於H含量的問題，采用（yòng）真空精（jīng）煉，其H主要來自熔渣（zhā）或精（jīng）煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要（yào）在1200℃下長期烘烤，充分（fèn）排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問題。

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（nài）火（huǒ）材料（liào）中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼（gāng）水中的（de）溶解度很（hěn）小，被認為是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效材料（liào）。

耐火材料對鋼中S的影響（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（zhì）耐火材（cái）料的脫S效（xiào）果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果（guǒ）更好，脫S率（lǜ）達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果（guǒ），使（shǐ）用白雲石質鋼包內襯是很（hěn）必要的，這樣一方麵可（kě）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（xià）鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）中（zhōng）P含量的（de）影響：匡加才研究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（wéi）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（yī）步提高CaO含量，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，使用含C耐火材料，鋼水顯著（zhe）增C，當同一製品第二次使用時（shí），鋼水僅（jǐn）發生輕微增（zēng）C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火（huǒ）材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的（de）H含量產生顯著影響。連鑄過（guò）程中，鋼包和中間包係統中使（shǐ）用保護（hù）套管保護主流時，有機粘結劑導致吸（xī）H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水（shuǐ）的吸（xī）H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐（nài）火材料N含量很低（dī），近年來氮化物在耐火材（cái）料中（zhōng）應用受到關注，如Sialon分解（jiě）對鋼水造成增N。更（gèng）大的增N量在鋼包與中間（jiān）包之間，保護套管（guǎn）非常重（chóng）要（yào），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（duì）鋼水中夾雜物的影響：田琳等（děng）人研究了（le）鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料（liào）對管（guǎn）線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣（gài）質耐火材料能去除鋼水（shuǐ）中的夾雜物（wù），其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應（yīng）生（shēng）成Ca12Al4O3的複合化（huà）合物，熔（róng）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)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形（xíng）成保護層，或者從鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料表麵上剝落下（xià）來上浮（fú）至保護渣層中（zhōng）；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸（xī）附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研（yán）究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石（shí）磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透（tòu）能力比較強（qiáng）。燒成白雲石磚基質部分（fèn）致密程（chéng）度高，較不燒白（bái）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（duì）三種磚的侵蝕和（hé）滲透比高堿度渣嚴重得多。相對（duì）而言（yán），燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明（míng）顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕（shí）能力好於（yú）CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣（gài）材料作用析出C3S，使（shǐ）材（cái）料表層（céng）致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有（yǒu）較（jiào）強的侵蝕（shí）和滲透能力，主要（yào）是熔渣對基質的（de）強溶蝕並（bìng）滲透作用。

張家口鎂磚之鎂鈣（gài）碳磚的（de）性能（néng）及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成（chéng）鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外（wài），鎂（měi）鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定（dìng）性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同（tóng）時取決（jué）於（yú）CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落（luò）性（xìng）能（néng）越好，淨化鋼（gāng）水（shuǐ）的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂（měi）鈣碳磚的（de）抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉（zhuǎn）爐的初期渣、中期渣和終（zhōng）期渣分（fèn）別對鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳（tàn）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%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）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%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石（shí）碳磚高（gāo）溫抗氧化性和熱震穩定性（xìng）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P等，適合（hé）冶煉鋼的電爐爐襯（chèn）。

白（bái）雲石質耐火（huǒ）材料（liào）對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指（zhǐ）鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾（jiá）雜物不僅數量少（shǎo），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（liào）始終與鋼水接觸（chù），一（yī）般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙（wū）染，唯有白雲（yún）石質即鎂鈣質耐火材料能淨化（huà）鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙（wū）染環境。