徐平坤

以前，從煉（liàn）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（chù）的耐火材料對鋼水（shuǐ）的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但（dàn）不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐（lú）外精煉裝置中應用日益增加。

白雲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（shāo）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（liào）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，白雲石質耐火材料是指全部（bù）用煆燒或電熔（róng）的白雲石（shí）做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）是用鎂石與（yǔ）白雲石合成的（de）耐火材（cái）料。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（kàng）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（qiáng），高溫蠕變越大，抗剝落（luò）性能和脫硫、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（liàn）等熱工設備的不（bú）同部位使用條件，合理（lǐ）選（xuǎn）擇鎂鈣質（zhì）耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲石質耐火材料對淨化鋼水（shuǐ）作用的影響（xiǎng）

潔淨（jìng）鋼（gāng）、特（tè）殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求（qiú）嚴（yán）格，需要爐（lú）外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化（huà）等。鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的（de）功能。由於CaO的氧勢很低，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（liào）。近年（nián）來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低耐火（huǒ）材料消耗，研究人員對白雲石質耐（nài）火材料進行了許多試（shì）驗研究，取得了很好的結（jié）果。

MgO在真空條件下（xià）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（shù））就（jiù）可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一（yī）定量（liàng）的（de）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（gāng）水中的（de）脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須（xū）是CaO含（hán）量高的（de）高堿度渣，並且鋼水中（zhōng）溶解的O含量盡可（kě）能要低。要（yào）使（shǐ）O含量低（dī），就要選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。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含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有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗（kàng）渣滲透性好，特（tè）別是熔渣中SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐火材（cái）料（liào）中的CaO反應生（shēng）成（chéng）高熔點（diǎn）化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透（tòu）。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要（yào）來自熔渣或精煉設（shè）備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存（cún）在鋼水（shuǐ）中氫（qīng）（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料（liào）對（duì）鋼（gāng）水性能的影響

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

耐火材料（liào）對（duì）鋼中S的影響：田琳等（děng）人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣（gài）質耐火材料的脫S效果。結果（guǒ）表明：在1600℃下（xià），反應45min時，脫S效（xiào）果更（gèng）好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包（bāo）獲得有效的脫S效果（guǒ），使用白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（gāng）包內襯的再（zài）氧化能（néng）力，另一方麵可以避免（miǎn）強還原條（tiáo）件下鋼包渣導致耐火材料的（de）過度消耗。

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（dù）降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含（hán）量，鋼中P含量僅有小幅度（dù）降低。

耐火材料對鋼水（shuǐ）碳含量（liàng）的影響：實驗（yàn）表明，使（shǐ）用含C耐火材料，鋼水（shuǐ）顯著增C，當同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)含量的影響：耐火材料中的（de）水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水（shuǐ）中（zhōng）的H含量產生（shēng）顯著影響。連鑄過程中，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（duì）鋼包（bāo）、中（zhōng）間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統（tǒng）耐火材料N含量很低，近年來氮化（huà）物（wù）在耐（nài）火材料中（zhōng）應用受（shòu）到關注，如（rú）Sialon分解對鋼水造成增N。更大的（de）增N量在鋼包與中間包（bāo）之間，保護套管非（fēi）常重要（yào），連鑄的增N點就是長水口保護（hù），此處（chù）增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影（yǐng）響：田琳（lín）等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼（gāng）水潔淨化的影響，實驗表明（míng）：在反應30min的（de）情況下，隻有鎂（měi）鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量（liàng）增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與（yǔ）Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化（huà）合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保（bǎo）護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落（luò）下來上浮至保護渣層中；在（zài）鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含（hán）量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研（yán）究3種（zhǒng）不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣性。試（shì）驗結（jié）果（guǒ）得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能力比較強。燒成白雲（yún）石磚（zhuān）基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿（jiǎn）度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的（de）侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕（shí）性（xìng）明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質（zhì）材料具有良好的抵抗高堿度（dù）熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料（liào）作用析出C3S，使材料表層致（zhì）密化而有效抑製熔渣的滲透（tòu）。低堿度熔渣（zhā）具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣（zhā）對基質（zhì）的強溶蝕並滲透作用。

薊州鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕（shí）的研究

鎂鈣（gài）碳磚（zhuān）主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚（zhuān）的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚（zhuān）具有更好的真空穩定性、抗熱震（zhèn）性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能（néng）同時取（qǔ）決於（yú）CaO及C的含量。CaO含（hán）量越高，抗剝（bāo）落性能越好，淨化（huà）鋼水的效果也越好；C含（hán）量（liàng）越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的（de）抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼（gāng）轉爐的初期渣、中（zhōng）期渣和終期渣（zhā）分別對鎂鈣碳（tàn）磚及鎂碳（tàn）磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕（shí）損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損（sǔn）最嚴重（chóng）；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕，是因為在磚（zhuān）的界麵上產生了C2S保護層；可是中（zhōng）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%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的（de）脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的（de）電爐爐襯。

白雲石（shí）質耐火材料對潔淨鋼的（de）影響

潔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（wù）不僅數（shù）量少，而且尺寸很（hěn）小和形態得到控製，合金元素成分精（jīng）準並（bìng）且分（fèn）布均勻，使鋼材具有高性（xìng）能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的（de）整個過程中，耐火材料始（shǐ）終與鋼水接觸（chù），一般耐火材（cái）料對鋼水或多或少（shǎo）總有些汙染，唯有白雲石質（zhì）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。