徐平坤

以前，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（shuǐ）直接接觸的耐火材料對鋼水的淨（jìng）化作用，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（鎂鈣質）耐火材料的理（lǐ）論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不（bú）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（lú）外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石（shí）與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理（lǐ）論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為1.93。鎂鈣質耐火材料主（zhǔ）要包（bāo）括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質（zhì）耐火材料、鎂鈣質（zhì）耐火材料。

其中，白雲（yún）石質耐火材料是指全部用（yòng）煆燒或電熔的白雲石做（zuò）原料的定型或不（bú）定形耐火材（cái）料；鎂白雲石和鎂（měi）鈣（gài）質耐火材（cái）料是用鎂石（shí）與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響（xiǎng）鎂鈣質（zhì）製品的高溫使用性能，MgO含量（liàng）越高（gāo），抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越（yuè）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（lín）的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差。因此，應該根據爐外精煉等（děng）熱工設備的不同部位使用條件，合理（lǐ）選擇鎂鈣質耐（nài）火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐（nài）火材料對淨（jìng）化鋼水作用（yòng）的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對（duì）鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等（děng）夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外（wài）精煉（liàn）除去鋼中（zhōng）雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣（gài）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）轉移到爐渣中，具（jù）有除去雜（zá）質、淨（jìng）化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合（hé）用於（yú）冶煉低氧鋼，是爐外（wài）精煉冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。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相對揮發性大大（dà）降低。因此，MgO質材料中加入（rù）一定量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高（gāo）溫真空條件下使（shǐ）用比純MgO質耐火材料更合適（shì）。

鋼（gāng）水中的脫S反（fǎn）應中，要使鋼水S含量低，熔渣必（bì）須是CaO含（hán）量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的（de）O含量盡（jìn）可能要低。要使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（gāi）選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫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含量高的鎂鈣質耐火材（cái）料同樣也有利脫P。

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

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔（róng）渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的（de）水分，就（jiù）不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料（liào）對鋼水（shuǐ）性能（néng）的（de）影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光（guāng）等（děng）人認為MgO—CaO耐（nài）火（huǒ）材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼（gāng）水中的溶解度很小，被（bèi）認為是防止鋼水增（zēng）氧的有效材料（liào）。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等（děng）人試驗研究鎂鈣（gài）磚與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火（huǒ）材料的脫S效果。結果（guǒ）表明：在（zài）1600℃下，反應（yīng）45min時（shí），脫S效果（guǒ）更好，脫（tuō）S率達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（tuō）S效果（guǒ），使用白雲（yún）石質鋼包內（nèi）襯是很必要的，這樣一方（fāng）麵可以盡可能降低鋼包內襯（chèn）的再氧化能力，另一（yī）方麵可以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含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量（liàng）的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含量大幅度降低，由原（yuán）始的（de）0.1%降（jiàng）低到0.01%，進一步提高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，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發（fā）生輕（qīng）微增C。

耐（nài）火材料對鋼中H(氫)含量的影響（xiǎng）：耐火材料（liào）中的水分以及其中的有機粘結（jié）劑會對鋼水中的（de）H含量（liàng）產生顯著影響。連（lián）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（jié）劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼（gāng）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（liào）N含（hán）量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關（guān）注，如（rú）Sialon分（fèn）解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之（zhī）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可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影（yǐng）響：田（tián）琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材料對管線鋼鋼水潔淨化的（de）影響，實驗表明：在反（fǎn）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（shuǐ）夾雜（zá）物數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與鎂（měi）鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高（gāo）熔點化（huà）合（hé）物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在（zài）鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物的能力越強。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人（rén）采用靜態坩堝法研（yán）究3種不（bú）鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性（xìng）。試（shì）驗結果得（dé）出，CaO含（hán）量高（gāo）的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致（zhì）密程度高，較不燒白雲石磚（zhuān）具有更好的抗高堿（jiǎn）度渣侵蝕性（xìng）。堿（jiǎn）度較低的VOD爐渣對三種磚的侵（qīn）蝕和滲透比高堿度渣嚴重（chóng）得多。相對而言，燒（shāo）成（chéng）的鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明顯好（hǎo）於不燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的燒成鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這（zhè）是因為（wéi）渣與鎂鈣材料作用析出（chū）C3S，使材料表層致密（mì）化而有效（xiào）抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的（de）侵蝕和（hé）滲透能力，主要是熔渣對基質的強（qiáng）溶（róng）蝕並（bìng）滲（shèn）透作用。

肇慶鎂磚之鎂鈣碳磚的性（xìng）能及抗（kàng）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。除具備鎂鈣磚的特（tè）性（xìng）外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳磚具（jù）有更好的真空穩定性（xìng）、抗熱震性（xìng）。鎂鈣（gài）碳磚（zhuān）的性能（néng）同（tóng）時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的（de）效果也越好；C含量越高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉（liàn）鋼轉爐的初（chū）期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結（jié）果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕（shí）較輕，是因（yīn）為在磚（zhuān）的界（jiè）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（fèn）別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在（zài）高（gāo）溫中及被渣中∑FeO溶解，所（suǒ）以比MgO—C磚（zhuān）侵（qīn）蝕嚴重。

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（rè）震穩定性好，抗酸性熔渣能力（lì）強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫（tuō）S、脫P等，適（shì）合冶煉鋼的電爐爐襯。

白（bái）雲石質耐火材料對潔（jié）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，而且尺寸很小（xiǎo）和形（xíng）態得到控（kòng）製，合金元素（sù）成分精準並且（qiě）分布均勻，使鋼材（cái）具有高性能、高品質（zhì）。在鋼水從冶煉到（dào）精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火（huǒ）材料對鋼水（shuǐ）或多（duō）或少總有些汙染，唯有白雲（yún）石質即鎂鈣質耐火材（cái）料能淨（jìng）化鋼水，除去（qù）鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。