徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提（tí）高鋼的純淨度，沒有考（kǎo）慮與鋼水直（zhí）接接觸的耐火材料對鋼（gāng）水的淨化作用，總是認為（wéi）耐（nài）火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲（yún）石質（鎂鈣質（zhì））耐火材料的（de）理（lǐ）論研究和（hé）實際試驗，得（dé）出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而（ér）能淨化鋼水，並且（qiě）也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂（měi）鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）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（yún）石質耐火材料、鎂（měi）白雲石質（zhì）耐火材料（liào）、鎂鈣質耐火材（cái）料。

其中（zhōng），白雲石質耐火材料是指全部用煆燒（shāo）或電熔的白雲石做原料的定型或（huò）不定形耐（nài）火材料；鎂白雲石和鎂鈣質（zhì）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（huà）影響（xiǎng）鎂鈣質（zhì）製品的高溫使（shǐ）用性能（néng），MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗（kàng）水化能（néng）力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫（wēn）蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能（néng）越差（chà）。因此，應該根據爐外（wài）精煉等熱工設備的不同部位（wèi）使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石（shí）質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼（gāng）中的雜質O、S、P、C、H、N等元（yuán）素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要（yào）求嚴格（gé），需要爐外（wài）精煉除（chú）去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均（jun1）勻化等。鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的遊離CaO，易與鋼水中（zhōng）的S、P等雜質反應，使其轉（zhuǎn）移到爐（lú）渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功（gōng）能。由於CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命（mìng）、降低耐（nài）火（huǒ）材料消耗（hào），研究人（rén）員對白（bái）雲石質耐火材料進（jìn）行了許多（duō）試驗（yàn）研究，取（qǔ）得了（le）很好的結（jié）果（guǒ）。

MgO在（zài）真空條件下容（róng）易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的（de），含有10%～20%CaO（摩爾分（fèn）數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加（jiā）入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料（liào），在高溫（wēn）真空條件下使用比純MgO質耐（nài）火材料更合適。

鋼水中的脫S反應（yīng）中，要使鋼水S含量低，熔渣（zhā）必須（xū）是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能（néng）要低。要使O含量低（dī），就要選擇氧勢盡可能低的（de）耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下以氣態存在，在鋼水中的（de）溶解度很小，而CaO的氧勢（shì）也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利（lì）於脫P，但鋼包中采用CaO含量高（gāo）即（jí）堿度（dù）高的熔渣（zhā）有利脫P，因此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣（gài）質耐火材料同（tóng）樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中（zhōng）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（zhā）的滲透。

關於H含量的問（wèn）題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有（yǒu）機添（tiān）加物。熱力學（xué）分析認（rèn）為：要（yào）在1200℃下長期烘烤，充分排除其中（zhōng）的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量（liàng）增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的（de）影響

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

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗（yàn）研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢（jiǎn）驗鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）的脫S效果（guǒ）。結果表明：在1600℃下，反（fǎn）應45min時，脫S效果更好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象（xiàng）。為（wéi）了使鋼包（bāo）獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是（shì）很必要（yào）的，這樣一方麵可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（de）過度消（xiāo）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（duì）鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料（liào）中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降（jiàng）低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高（gāo）CaO含（hán）量（liàng），鋼中P含量僅有小幅度降低（dī）。

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

耐火材料對鋼中（zhōng）H(氫)含（hán）量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有（yǒu）機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包（bāo）係統中使用保護套管保護主（zhǔ）流時（shí），有機粘結劑（jì）導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐（nài）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（jìn）年來（lái）氮化物在耐火材（cái）料中應（yīng）用受到關注，如Sialon分解對（duì）鋼水造成增N。更大的增（zēng）N量在鋼包與中間包之間，保護（hù）套管非（fēi）常重要，連鑄的增N點就（jiù）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響：田琳等人研究了鎂（měi）鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）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（yǒu）鎂鈣質耐火材料（liào）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（liàng）增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可（kě）與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右（yòu），可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂（měi）鈣（gài）質（zhì）耐火（huǒ）材料表（biǎo）麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上（shàng）剝（bāo）落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的活（huó）性CaO含量越高，吸附鋼（gāng）水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的（de）抗侵（qīn）蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果（guǒ）得（dé）出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿（jiǎn）度（dù）的AOD渣侵蝕和滲透能（néng）力比較強。燒成白雲石磚基質部（bù）分致（zhì）密程度高，較不燒白雲石磚具有更好（hǎo）的抗高堿度渣（zhā）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渣嚴（yán）重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵（dǐ）抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於不燒（shāo）鎂（měi）鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能（néng）力好（hǎo）於CaO含量低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材料具有良好的抵（dǐ）抗高堿（jiǎn）度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因（yīn）為渣與鎂（měi）鈣材料作用析出C3S，使（shǐ）材料（liào）表（biǎo）層致密化而有效（xiào）抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的（de）侵（qīn）蝕（shí）和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

晉中鎂磚之鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及抗侵蝕的研（yán）究（jiū）

鎂鈣碳磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣（gài）磚種類複雜。除具備鎂鈣磚（zhuān）的特性外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好（hǎo）的（de）真空穩定性、抗熱震性。鎂（měi）鈣碳（tàn）磚（zhuān）的性（xìng）能（néng）同時取決（jué）於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越（yuè）好（hǎo），淨化鋼水（shuǐ）的效果也越好；C含量越高，抗渣侵（qīn）蝕和抗剝落性能越強。

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（zhā）和終期（qī）渣分別對鎂（měi）鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生結（jié）構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期（qī）渣和終（zhōng）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%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人（rén）研究（jiū）結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣能力強；而且（qiě）磚中（zhōng）的CaO有（yǒu）利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯（chèn）。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼（gāng）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少，而且尺寸很小和形態得到控製，合（hé）金元素成（chéng）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（zhěng）個過（guò）程中（zhōng），耐火材（cái）料始終與鋼水（shuǐ）接觸，一（yī）般耐火材料對鋼水或多或少總有些（xiē）汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的（de）非（fēi）金（jīn）屬夾雜物，而且（qiě）不汙染環境（jìng）。