徐平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝的角度研究（jiū）提（tí）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（zhì））耐火材料（liào）的（de）理論研究和實際試驗（yàn），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（zài）AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應（yīng）用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的（de）特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦物原料，煆燒後的理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石（shí）質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白（bái）雲石質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（dìng）形耐火材料；鎂白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（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力（lì）越強；CaO含量越高，抗高（gāo）SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高溫蠕變（biàn）越大，抗剝落（luò）性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水（shuǐ）化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。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（jiàn），合理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材（cái）料對淨化鋼（gāng）水作用的影響（xiǎng）

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含量要求（qiú）嚴格，需要爐外（wài）精煉除去鋼（gāng）中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化（huà）學成分和均勻（yún）化（huà）等（děng）。鎂鈣質耐火材料中的遊離（lí）CaO，易與鋼（gāng）水中的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（néng）。由於CaO的氧（yǎng）勢（shì）很低，鎂（měi）鈣質耐火材料也適合用於冶煉低（dī）氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材（cái）料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗（hào），研究人員（yuán）對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究（jiū），取得了很好的結果。

MgO在真（zhēn）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（mó）爾分數）就（jiù）可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材（cái）料中加（jiā）入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反（fǎn）應中，要（yào）使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要使O含（hán）量低，就要選擇氧勢（shì）盡可能（néng）低的耐火材料（liào），Mg與（yǔ）Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解（jiě）度（dù）很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料。溫（wēn）度升高（gāo）不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即（jí）堿度高的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣質耐火（huǒ）材料同樣也有利（lì）脫P。

鎂（měi）鈣質耐火材料的熱震穩定性高（gāo）、抗（kàng）渣滲透（tòu）性好，特（tè）別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料（liào）中（zhōng）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（róng）渣的滲透。

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）煉設備內襯耐火材料的水分及（jí）有機添加物。熱力學分析（xī）認為（wéi）：要在1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充分排（pái）除其（qí）中的水分，就不存（cún）在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼（gāng）水性（xìng）能的影響

耐火材料對鋼中氧含量（liàng）的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平（píng）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料。

耐（nài）火材（cái）料對鋼中S的影響（xiǎng）：田琳等人（rén）試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表（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，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效（xiào）的脫S效果，使（shǐ）用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可（kě）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（dāng）澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的（de）0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火（huǒ）材料（liào）對鋼水碳含量的影（yǐng）響：實驗（yàn）表明，使用含C耐火材料，鋼水（shuǐ）顯著增C，當同一製品第（dì）二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對（duì）鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中（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保護套管保（bǎo）護主流時，有機粘結劑導致（zhì）吸H。對鋼包、中間包（bāo）烘烤，能有（yǒu）效地（dì）降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中（zhōng）N(氮)含量的影響（xiǎng）：傳（chuán）統（tǒng）耐火材料（liào）N含量很（hěn）低，近年來氮化物在耐火（huǒ）材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更（gèng）大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重（chóng）要，連鑄的（de）增N點就是長水口保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影（yǐng）響：田琳等人研究了鎂（měi）鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨（jìng）化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻（zhī）有鎂鈣質耐火（huǒ）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增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣（gài）耐火材料中的（de）CaO反應，如CaO與（yǔ）Al2O3反應（yīng）生成Ca12Al4O3的複合化（huà）合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物（wù）被吸附（fù）鎂鈣質耐火材料（liào）表麵（miàn），形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）表（biǎo）麵上剝落下來上浮至保護（hù）渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水（shuǐ）中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵（qīn）蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和（hé）滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致（zhì）密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度（dù）渣嚴重得多。相（xiàng）對而言，燒成（chéng）的鎂鈣磚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（kàng）低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂（měi）鈣磚（zhuān）。鎂（měi）鈣（gài）質（zhì）材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵（qīn）蝕和滲（shèn）透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使（shǐ）材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣（zhā）具有較強（qiáng）的侵蝕和滲（shèn）透能力，主要是熔渣對基質（zhì）的強溶蝕並滲（shèn）透作用。

亳州鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研（yán）究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除（chú）具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越（yuè）高，抗剝落（luò）性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗（kàng）渣侵蝕和抗剝落性能越（yuè）強。

鎂鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究（jiū）：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終（zhōng）期渣分別對（duì）鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕（shí）進行實驗。實驗結果表明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚（zhuān）產生結（jié）構（gòu）剝落，蝕（shí）損最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕較輕，是因為（wéi）在磚的界（jiè）麵上產生了C2S保護層；可（kě）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（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕（shí）嚴重。

孫惠章（zhāng）等人研究（jiū）結果表明鎂白雲石碳磚（zhuān）高溫抗（kàng）氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強（qiáng）；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適（shì）合（hé）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（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常（cháng）少，非（fēi）金屬夾雜物不僅數量少，而且尺（chǐ）寸很小和形態得到控製，合（hé）金元素成分精準並且分布均（jun1）勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼（gāng）水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般（bān）耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。