徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究（jiū）提（tí）高鋼的純淨度，沒（méi）有考慮與鋼水直接接觸（chù）的耐火材料對鋼水的淨化作用，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（guò）對白雲石質（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理論研究和實際（jì）試驗（yàn），得（dé）出鎂鈣質材料不但不汙（wū）染（rǎn）鋼水，反而（ér）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（rì）益增加。

白（bái）雲石與鎂鈣質耐火材料的（de）特征

白（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原（yuán）料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材（cái）料、鎂白雲石質耐火材料（liào）、鎂鈣質耐火材料（liào）。

其（qí）中，白雲石質耐火材（cái）料是指全部用煆燒或（huò）電（diàn）熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材（cái）料；鎂白（bái）雲石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性能，MgO含量越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化（huà）能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔（róng）渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根（gēn）據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐火材（cái）料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼等對鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾（jiá）雜（zá）物以及脫氣、調整化學（xué）成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中（zhōng）的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去（qù）雜質、淨化（huà）鋼水的（de）功能。由於CaO的氧勢很（hěn）低，鎂鈣質耐火材料也適合用（yòng）於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼（gāng）、純淨鋼、特殊鋼等（děng）設備的耐火材料。近（jìn）年來，為了淨化鋼水、延長爐（lú）襯壽命、降低耐火材料消耗（hào），研究人員對白雲石質耐火材料進行了許（xǔ）多試（shì）驗研（yán）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（de），含有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數）就可使MgO相對揮（huī）發性大大降低。因此，MgO質材料（liào）中加入一定（dìng）量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空（kōng）條件下使用比純MgO質耐火材料更（gèng）合適（shì）。

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（shuǐ）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（gāng）水中的溶解度很小（xiǎo），而CaO的（de）氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）。溫度升高不利於脫P，但鋼包中（zhōng）采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣（gài）質耐火材料同樣也有利脫P。

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

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

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影（yǐng）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熱力學穩定（dìng）性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材（cái）料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂（měi）鈣質耐火材料的脫S效果。結果（guǒ）表（biǎo）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（chū）現“回S”現象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫（tuō）S效（xiào）果，使用（yòng）白雲（yún）石質鋼包內襯是很（hěn）必要的，這樣（yàng）一方麵可以（yǐ）盡可能降低（dī）鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條（tiáo）件下鋼包渣導致耐火材料的過度消（xiāo）耗（hào）。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研（yán）究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實（shí）驗（yàn）結果表明（míng）：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含（hán）量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步（bù）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（yǐng）響：實驗表明，使用含C耐火（huǒ）材料，鋼水（shuǐ）顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生（shēng）輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的（de）影響（xiǎng）：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結（jié）劑會對鋼水（shuǐ）中（zhōng）的H含量產生顯著（zhe）影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用（yòng）保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包（bāo）烘烤（kǎo），能有效地降低鋼水的吸H量。

耐（nài）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（huà）物在耐火材（cái）料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大（dà）的增N量在鋼包與（yǔ）中間（jiān）包之間，保護套（tào）管（guǎn）非常重要，連鑄的增N點就（jiù）是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐（nài）火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材料對管線（xiàn）鋼（gāng）鋼（gāng）水潔淨化的影（yǐng）響，實驗表（biǎo）明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜（zá）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（wù）可與鎂（měi）鈣耐火材（cái）料中的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高（gāo）熔點化（huà）合物被吸附鎂鈣（gài）質耐火材料表（biǎo）麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至（zhì）保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的（de）活性CaO含量（liàng）越高，吸附（fù）鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩（gān）堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂（měi）鈣磚的（de）抗渣性。試驗（yàn）結果得出，CaO含量高（gāo）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（yún）石磚基質部（bù）分致（zhì）密程度高，較不燒白雲石磚具（jù）有更好的抗（kàng）高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於不燒鎂鈣磚，CaO含（hán）量高的燒（shāo）成鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣（zhā）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熔（róng）渣的侵蝕和（hé）滲透能力，這是因（yīn）為渣與鎂（měi）鈣材料作用析出C3S，使材料表層致（zhì）密化而（ér）有效抑製熔（róng）渣的滲透（tòu）。低（dī）堿度（dù）熔渣（zhā）具有較（jiào）強的（de）侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基（jī）質的（de）強溶蝕並滲透作用。

安慶鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚種類複雜。除具（jù）備鎂鈣磚的特性（xìng）外，鎂鈣碳磚比鎂碳（tàn）磚具有更好的真（zhēn）空穩（wěn）定性、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時（shí）取決於CaO及C的含量。CaO含量越（yuè）高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗（kàng）剝落性能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗侵蝕研究：崔淑賢（xián）等人采用（yòng）煉鋼轉爐（lú）的（de）初期渣、中（zhōng）期渣和終期渣（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（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因（yīn）為MgO—C磚產（chǎn）生結構剝落（luò），蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵（miàn）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（qīn）蝕嚴重。

孫惠章等（děng）人（rén）研究結果表（biǎo）明鎂白雲石碳磚高（gāo）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（de）CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐（lú）爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響（xiǎng）

潔（jié）淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量（liàng）非常少，非金屬（shǔ）夾雜物不僅數量（liàng）少，而且尺（chǐ）寸很小（xiǎo）和形（xíng）態得到控製，合（hé）金元素成分（fèn）精準並且分布均勻（yún），使鋼材（cái）具有高性（xìng）能、高品質。在鋼水從冶煉（liàn）到精煉的整個（gè）過程中，耐火（huǒ）材料（liào）始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或（huò）多或少（shǎo）總有些汙染，唯（wéi）有（yǒu）白（bái）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。