徐平坤

以前，從煉鋼工藝的（de）角度研究（jiū）提（tí）高鋼的（de）純淨度，沒有考慮與鋼水直接（jiē）接觸的耐火材料對鋼水（shuǐ）的淨化作用，總是認為耐（nài）火材（cái）料（liào）或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣（gài）質（zhì））耐火材料的理論研究和實（shí）際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反（fǎn）而能淨（jìng）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（yún）石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（nài）火材料、鎂白雲（yún）石質耐火材料、鎂鈣（gài）質耐火材料。

其中，白雲石質耐（nài）火材料是指全部用煆燒或電（diàn）熔的白雲（yún）石做原料的定型（xíng）或不（bú）定形耐火材（cái）料；鎂（měi）白雲石（shí）和鎂鈣質耐火（huǒ）材料是用（yòng）鎂石（shí）與白雲石（shí）合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化（huà）影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；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（néng）和脫硫、脫磷的效果（guǒ）越（yuè）好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性（xìng）能越差。因此，應該根據爐（lú）外精煉等熱工設備的不同部（bù）位使用條件（jiàn），合理選擇鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作（zuò）用的影響

潔（jié）淨（jìng）鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成（chéng）分和均勻化（huà）等（děng）。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與（yǔ）鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉（zhuǎn）移到爐渣（zhā）中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的（de）功（gōng）能。由於CaO的氧勢（shì）很低（dī），鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）也適合用於冶煉低氧（yǎng）鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純（chún）淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料（liào）。近年來（lái），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（huǒ）材料進行了許多試驗研究，取得了（le）很好的結果。

MgO在真空條（tiáo）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（duì）揮發性大大降低。因此，MgO質（zhì）材料中加入一定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，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反應中，要使鋼水S含（hán）量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水（shuǐ）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（yǔ）Ca在（zài）高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度（dù）很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質（zhì）耐火材料。溫度升高不利於（yú）脫（tuō）P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔（róng）渣有利脫P，因此（cǐ），用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

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

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

鎂鈣（gài）質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火（huǒ）材料對鋼中氧含量的影響：王龍（lóng）光等人認為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（yā），在鋼（gāng）水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水（shuǐ）增氧的有效材料。

耐火材料對鋼（gāng）中S的影響：田琳等人試驗研究鎂（měi）鈣磚與鋼水（shuǐ）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（xià），反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫S率降低，出現“回S”現（xiàn）象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白（bái）雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯（chèn）的再氧化能力，另一方麵可以（yǐ）避免強還原條件（jiàn）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（kuāng）加才研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結（jié）果表明：當澆注料中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（tí）高CaO含量，鋼中P含量（liàng）僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響（xiǎng）：實驗（yàn）表明，使用含C耐火（huǒ）材（cái）料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微（wēi）增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的（de）有機粘結劑會對鋼水中的H含（hán）量產生顯著影響。連鑄過程中（zhōng），鋼包和中間包（bāo）係統中使用保護（hù）套管保護主流時，有（yǒu）機粘結（jié）劑（jì）導（dǎo）致吸H。對鋼包（bāo）、中間包烘烤，能（néng）有效地降低（dī）鋼水的吸（xī）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，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大（dà）的增N量在鋼包與（yǔ）中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗（yàn）表明：在反應30min的（de）情況下（xià），隻有鎂（měi）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（wù）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，如CaO與Al2O3反應生成（chéng）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（wù）。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣（gài）)和（hé）C3S(矽（guī）酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵，形成保護層，或（huò）者從鎂鈣質耐火材（cái）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（shuǐ）中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等（děng）人（rén）采用靜態坩堝（guō）法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚（zhuān）的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能（néng）力比較強。燒成白雲石磚（zhuān）基質部分致密程度高（gāo），較不燒白雲石（shí）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（qīn）蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）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含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有（yǒu）良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力（lì），這是因為渣與鎂鈣材料作（zuò）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（jiào）強的（de）侵蝕和滲透能（néng）力，主要是熔（róng）渣對基質的強溶蝕（shí）並滲透作用。

合肥鎂磚之鎂鈣（gài）碳磚的性能及抗（kàng）侵（qīn）蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂（měi）鈣（gài）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（tóng）時取決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量越高，抗剝（bāo）落性能越好，淨（jìng）化鋼水的效果也（yě）越好；C含（hán）量越高（gāo），抗渣侵蝕（shí）和抗剝落性能越強（qiáng）。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑（shū）賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣（zhā）和終期渣分（fèn）別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕（shí）進行實驗。實（shí）驗結果（guǒ）表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴（yán）重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較（jiào）輕，是因為在磚的界麵上產生了（le）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（qí）在高溫中及被渣（zhā）中（zhōng）∑FeO溶解，所以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重（chóng）。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲（yún）石碳磚高溫抗氧化性和熱震（zhèn）穩定性好，抗酸性熔渣能力強；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淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼（gāng）中有害（hài）成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量（liàng）非（fēi）常少，非金（jīn）屬夾雜物不僅數（shù）量少，而（ér）且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分（fèn）精準（zhǔn）並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在（zài）鋼水從冶煉到精煉（liàn）的整個過程中，耐火材料（liào）始終與鋼水接觸，一般耐（nài）火材（cái）料對鋼水（shuǐ）或多或少總有些汙（wū）染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。