徐平坤

以（yǐ）前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作（zuò）用，總是認為耐火材料或多或少（shǎo）地會對鋼（gāng）水產生汙染。可（kě）是通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐火材（cái）料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質（zhì）材料不但不汙（wū）染鋼水，反而能淨化鋼水，並（bìng）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。

白雲石與（yǔ）鎂鈣質（zhì）耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是（shì）天然礦（kuàng）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（gài）質耐火材料主要包括白（bái）雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料（liào）、鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）。

其中，白雲石質耐火材料是指全部（bù）用煆燒或電熔的（de）白雲石做原料的定型或不定形耐火材（cái）料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成（chéng）的耐火材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能（néng），MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）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（yuè）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，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用（yòng）條件（jiàn），合理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用（yòng）的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜（zá）物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質（zhì）及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐（nài）火材料中的遊離CaO，易與鋼（gāng）水中的S、P等雜質（zhì）反應，使其轉移到爐渣中，具有除去（qù）雜質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐火材料也適合（hé）用於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼（gāng）、純淨（jìng）鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來（lái），為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人（rén）員對白雲（yún）石質耐火材（cái）料進行了許（xǔ）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（shǐ）MgO相對揮發性（xìng）大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐火材料更合適（shì）。

鋼水中（zhōng）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（jiǎn）度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要（yào）選（xuǎn）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，而CaO的氧（yǎng）勢也（yě）很小，因此，精煉設備應該（gāi）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含量高（gāo）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（wěn）定性（xìng）高、抗（kàng）渣滲（shèn）透性好（hǎo），特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材（cái）料中的CaO反應生成高（gāo）熔點化合物C2S或C3S,形（xíng）成保護層，從而（ér）抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或（huò）精煉（liàn）設（shè）備（bèi）內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分（fèn）析認為：要在1200℃下長期（qī）烘烤，充分排除其中的水分，就不存（cún）在鋼水中氫（H）含（hán）量增（zēng）高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響（xiǎng）

耐（nài）火（huǒ）材料對鋼（gāng）中（zhōng）氧含量的影響：王龍光等人認（rèn）為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具（jù）有很低的氧平衡分壓，在（zài）鋼水中的（de）溶解度很小，被認為（wéi）是防止鋼水增氧的（de）有效材料（liào）。

耐火材料對鋼中S的影響（xiǎng）：田琳等人試驗研究（jiū）鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反應（yīng），檢驗鎂鈣質耐（nài）火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫（tuō）S率達70.12%；超過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，使用白雲石（shí）質鋼（gāng）包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包（bāo）內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原（yuán）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（hán）量的影響：匡加（jiā）才研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對（duì）鋼中P含量的影響。實（shí）驗結果表明：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%，進一步提高（gāo）CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降（jiàng）低。

耐火材料對鋼水碳含量的（de）影響：實驗表明（míng），使用含C耐火材料，鋼水（shuǐ）顯著增C，當（dāng）同一（yī）製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微（wēi）增C。

耐火材料對（duì）鋼中H(氫)含量的影（yǐng）響（xiǎng）：耐火材料中的水分（fèn）以及其（qí）中的有機（jī）粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄（zhù）過程中，鋼包和中（zhōng）間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有（yǒu）效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對（duì）鋼（gāng）中（zhōng）N(氮)含量的影響（xiǎng）：傳統耐火（huǒ）材（cái）料N含量（liàng）很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分（fèn）解對鋼水造成增N。更大的增（zēng）N量在鋼包與中（zhōng）間（jiān）包之間，保護（hù）套管（guǎn）非常重要，連鑄的增N點就是（shì）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（huǒ）材料對管線鋼鋼水潔淨（jìng）化的影響，實驗表（biǎo）明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去（qù）除鋼水中的夾雜（zá）物，其餘的堿（jiǎn）性（xìng）耐火（huǒ）材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複（fù）合化合物，熔點約（yuē）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（guī）酸二鈣（gài）)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點化（huà）合物被吸附鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵，形成（chéng）保（bǎo）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（zhōng）；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中（zhōng）夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的抗侵蝕性能：梁（liáng）義兵（bīng）等人采用靜態坩堝法（fǎ）研究3種不（bú）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（gāo）堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成（chéng）白雲石磚基（jī）質部（bù）分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗（kàng）高堿度渣侵蝕性。堿度（dù）較（jiào）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（duì）而（ér）言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能（néng）力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂（měi）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）是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效（xiào）抑製熔渣的滲（shèn）透。低堿度熔渣具有（yǒu）較強的侵蝕和滲透能力（lì），主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

惠州鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類（lèi）複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好的真空穩定性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高（gāo），抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也（yě）越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗侵蝕研究：崔淑賢等（děng）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鎂碳（tàn）磚的侵蝕進（jìn）行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生（shēng）了（le）C2S保護層；可是中期（qī）渣和（hé）終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比（bǐ）MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中（zhōng）及被渣中∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重。

孫惠章等人研（yán）究結果表明鎂白雲石碳磚高（gāo）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（de）CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉（liàn）鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔（jié）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（bú）僅數量少，而且尺寸很小和形態得到（dào）控製，合金元素成分精準並（bìng）且分（fèn）布均勻（yún），使（shǐ）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（nài）火材料始終與鋼水接觸，一（yī）般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染（rǎn），唯有白雲石（shí）質（zhì）即鎂鈣質（zhì）耐火材料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中（zhōng）的非金（jīn）屬夾雜物，而且不汙染環（huán）境。