徐平坤

以前，從煉鋼工藝的（de）角度研究（jiū）提高（gāo）鋼的純淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼水直接接觸的耐（nài）火材料對鋼水的淨化（huà）作用（yòng），總是認為耐火（huǒ）材料或多或少地會對鋼水（shuǐ）產（chǎn）生汙（wū）染。可是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的（de）理論（lùn）研究（jiū）和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼（gāng）水，並（bìng）且也不（bú）汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐（lú）外精煉裝置中應用日益（yì）增加。

白雲（yún）石與（yǔ）鎂鈣質耐火材料的特征

白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天然礦（kuàng）物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂（měi）鈣質耐火材料主要包括白雲（yún）石質耐（nài）火材料、鎂（měi）白（bái）雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中（zhōng），白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的（de）白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲（yún）石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲（yún）石合成的耐火材料（liào）。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FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越（yuè）大，抗剝落性能和（hé）脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性（xìng）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條件，合（hé）理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼水作用的影（yǐng）響

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（qì）、調整（zhěng）化學成分和均勻化等（děng）。鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的遊離CaO，易與鋼水中的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（shuǐ）的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也（yě）適（shì）合用（yòng）於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼（gāng）等設備的耐（nài）火（huǒ）材料。近年來，為了淨（jìng）化鋼（gāng）水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗（hào），研究人員對白雲（yún）石質（zhì）耐火材料進行了許多試驗研究，取得（dé）了很（hěn）好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的（de）揮發性是有影響的，含（hán）有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可使（shǐ）MgO相對揮發性大大（dà）降低（dī）。因此，MgO質材料中加（jiā）入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件（jiàn）下使用比純MgO質耐火材料更合適（shì）。

鋼水中的（de）脫S反應中（zhōng），要使鋼水S含量低，熔渣必須（xū）是（shì）CaO含量高的高堿度（dù）渣，並且鋼水中溶（róng）解的O含量盡可能（néng）要低（dī）。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（zài）高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也（yě）很小，因此，精煉設備（bèi）應該選用鎂鈣質耐火（huǒ）材料。溫度升（shēng）高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利（lì）脫P，因此，用CaO含（hán）量高的鎂（měi）鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣（zhā）滲透（tòu）性好，特（tè）別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反應生成高熔點化合物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（jīng）煉設備內襯耐火（huǒ）材料的水分及有機（jī）添加物。熱力學分析認為：要（yào）在1200℃下長期烘烤，充（chōng）分排除其中的水（shuǐ）分，就（jiù）不存在鋼（gāng）水中氫（H）含（hán）量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火（huǒ）材料（liào）對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有（yǒu）很低的氧平衡分壓，在鋼水中的（de）溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人（rén）試驗（yàn）研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效（xiào）果。結果表明（míng）：在（zài）1600℃下，反應（yīng）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（le）使鋼包獲（huò）得有效的脫（tuō）S效（xiào）果，使用白雲石質鋼（gāng）包內襯是很必要的，這樣一（yī）方麵可以（yǐ）盡可能降低鋼（gāng）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（cái）料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量（liàng）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：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼（gāng）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（liàng），鋼中P含（hán）量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳（tàn）含量的影響：實（shí）驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯（xiǎn）著增C，當同一製（zhì）品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以（yǐ）及其中的有機粘（zhān）結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過（guò）程中，鋼包和中間（jiān）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（bāo）烘烤，能有效地降低鋼水的吸（xī）H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火（huǒ）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。更大的增N量在鋼包與（yǔ）中間包之（zhī）間（jiān），保護套管非（fēi）常重要，連鑄的（de）增N點就是長水口保護，此處增（zēng）N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中（zhōng）夾（jiá）雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料（liào）對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能（néng）去除鋼水中（zhōng）的夾雜物，其餘的堿（jiǎn）性（xìng）耐（nài）火材料均使鋼水夾雜物（wù）數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐（nài）火材料（liào）中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生（shēng）成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有（yǒu）效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成（chéng）C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高熔點化合物被吸附（fù）鎂鈣質耐火材料表麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂（měi）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（huǒ）材料中（zhōng）的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材（cái）料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的（de）抗（kàng）渣性（xìng）。試驗（yàn）結果得出，CaO含（hán）量高的白雲石磚抗（kàng）高堿度的AOD渣侵蝕和滲透（tòu）能力比較強。燒成白雲石磚基質（zhì）部分致密程度高，較不燒白雲石（shí）磚具有更（gèng）好的抗（kàng）高堿度渣侵蝕性。堿度（dù）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，燒成的鎂（měi）鈣（gài）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。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿（jiǎn）度（dù）熔渣的侵蝕和滲（shèn）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抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲（shèn）透能力，主要是熔渣對（duì）基質的強溶蝕並滲透作用。

景德鎮鎂磚之鎂鈣（gài）碳磚的（de）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（zhǒng）類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳磚具有更好（hǎo）的（de）真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決（jué）於CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性能（néng）越好，淨化鋼水的效果（guǒ）也越好；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗剝（bāo）落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔（cuī）淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和（hé）終期渣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磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為MgO—C磚產生（shēng）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了C2S保護層；可（kě）是中期渣和終期（qī）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（wēn）中及被渣中∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠（huì）章等人研究（jiū）結果表明鎂（měi）白雲石碳磚高溫（wēn）抗氧化（huà）性和熱震穩定性（xìng）好（hǎo），抗酸性熔渣能力強；而且（qiě）磚（zhuān）中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電（diàn）爐爐襯。

白（bái）雲石質耐火材料對潔（jié）淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸（cùn）很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個（gè）過程中，耐（nài）火材料（liào）始終（zhōng）與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有（yǒu）些汙染（rǎn），唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料（liào）能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境（jìng）。