徐平坤

以前（qián），從煉鋼工藝的（de）角度研究提高鋼（gāng）的純淨度，沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火材料對（duì）鋼水的淨化作用（yòng），總是認為耐火材料或多或少（shǎo）地會對鋼水產生汙染（rǎn）。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料（liào）的（de）理（lǐ）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（néng）淨化鋼水，並且也不汙染環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外（wài）精煉裝置中應（yīng）用日益增加。

白雲石與鎂（měi）鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然礦物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包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，白雲石質耐火材（cái）料是（shì）指全部用煆燒或電（diàn）熔（róng）的白雲石做原料（liào）的定型或不定形（xíng）耐火材（cái）料；鎂白雲（yún）石和鎂鈣質耐火材料是（shì）用鎂石與白（bái）雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的變化影響鎂鈣質製品的（de）高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和抗（kàng）水化能力（lì）越強；CaO含（hán）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（hé）脫硫、脫磷的效果（guǒ）越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差。因此，應該根據爐外（wài）精煉等熱工設備的不同部位使（shǐ）用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質（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，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣（qì）、調（diào）整（zhěng）化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材（cái）料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使（shǐ）其轉（zhuǎn）移到（dào）爐渣中，具（jù）有除（chú）去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐（nài）火材料也適（shì）合用於冶（yě）煉低氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近（jìn）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（duì）白雲石質耐火材料（liào）進行了許多試驗（yàn）研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件（jiàn）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（xiàng）對揮（huī）發（fā）性大大降低。因此（cǐ），MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫（wēn）真空條件（jiàn）下使用（yòng）比純MgO質耐火材料更合（hé）適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水（shuǐ）S含量低，熔渣必（bì）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含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下（xià）以氣態存在，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣（gài）質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含（hán）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料同樣也（yě）有利脫P。

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

關於H含量的問題，采用真空精煉（liàn），其H主要來（lái）自熔渣或精煉設備內襯耐火材（cái）料的水分及（jí）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（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水性能的影響

耐火材料對鋼中氧（yǎng）含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材（cái）料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡（héng）分壓，在鋼水中（zhōng）的（de）溶解度很小，被認為是防（fáng）止（zhǐ）鋼水增氧的（de）有效材料。

耐火材料對鋼中（zhōng）S的影響：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（cái）料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時（shí），脫（tuō）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（xiàn）象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要（yào）的，這樣一（yī）方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（zhì）耐（nài）火（huǒ）材料的過度消耗。

耐（nài）火材料對（duì）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（yàn）結果表明（míng）：當澆注料中（zhōng）w（CaO）為25%時，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（gāo）CaO含量，鋼中P含量僅（jǐn）有小幅度降低。

耐火（huǒ）材料對鋼水（shuǐ）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（zhì）品第二次使（shǐ）用時，鋼水僅發生（shēng）輕微增C。

耐火材（cái）料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中（zhōng）的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包（bāo）係統中使用保護套管保護主流時，有機粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼包、中（zhōng）間（jiān）包烘烤，能有（yǒu）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（zēng）N量在鋼包與中間包之（zhī）間，保護套管非常重要，連（lián）鑄的增N點就是長水口（kǒu）保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐（nài）火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐（nài）火材料均使鋼水夾雜物數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物可（kě）與鎂鈣（gài）耐火材料中的CaO反應（yīng），如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化（huà）合物（wù），熔點約為1400℃左（zuǒ）右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）表麵，形（xíng）成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物（wù）的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法（fǎ）研究3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結（jié）果得（dé）出，CaO含量高的白雲石磚抗（kàng）高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石（shí）磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性（xìng）。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的（de）侵蝕和滲透比（bǐ）高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成（chéng）的鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕（shí）性明顯（xiǎn）好（hǎo）於不燒（shāo）鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂（měi）鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂（měi）鈣（gài）質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低（dī）堿度熔渣具有較強的侵蝕和（hé）滲透能力（lì），主要是熔（róng）渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

昌江鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚（zhuān）種類複（fù）雜。除具（jù）備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真（zhēn）空穩定性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化（huà）鋼水的效（xiào）果也越好；C含（hán）量越高，抗渣侵蝕和抗（kàng）剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及（jí）鎂碳磚的侵蝕進行實驗（yàn）。實驗結果表明（míng）：初期（qī）渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構（gòu）剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕（shí）較輕，是因（yīn）為在磚的界麵上產生了C2S保（bǎo）護層；可是中（zhōng）期渣和（hé）終期（qī）渣（zhā），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（wēn）中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵（qīn）蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果（guǒ）表明鎂白雲石碳磚高溫抗（kàng）氧（yǎng）化性和（hé）熱震穩（wěn）定性好，抗（kàng）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，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白（bái）雲石質耐火材料對潔淨鋼的（de）影響

潔（jié）淨鋼係指（zhǐ）鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量（liàng）少，而且（qiě）尺寸很小和形態得到（dào）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（gāo）品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與（yǔ）鋼水接觸，一般耐（nài）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，除（chú）去鋼中的非（fēi）金屬夾雜物，而且不汙染環（huán）境。