徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨（jìng）度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對（duì）鋼水的淨化作用，總（zǒng）是（shì）認為耐（nài）火材料或（huò）多（duō）或少地會（huì）對（duì）鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得（dé）出鎂鈣質材料不（bú）但不汙染鋼水，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（yì）增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（shí）（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（yún）石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

其中，白（bái）雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電（diàn）熔的白雲石做原料的（de）定型或不定形耐火（huǒ）材料；鎂白雲（yún）石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高（gāo）溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化（huà）能（néng）力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫（tuō）硫、脫磷（lín）的效果越（yuè）好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越（yuè）差。因此，應該根據爐（lú）外（wài）精煉等（děng）熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂（měi）鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼（gāng）等（děng）對鋼中的（de）雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元（yuán）素及SiO2、Al2O3等夾雜（zá）物的含量要求嚴格，需（xū）要爐外精煉除去（qù）鋼中（zhōng）雜質及夾雜物以及脫氣（qì）、調（diào）整化學成分和均（jun1）勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等（děng）雜質反應，使其轉移到爐渣（zhā）中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於（yú）CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是（shì）爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了（le）淨化鋼水、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火材料進行了許多試驗研究，取得了很（hěn）好的結果。

MgO在真空條件下（xià）容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響（xiǎng）的，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質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在（zài）高溫真空條件下使用比（bǐ）純MgO質耐火（huǒ）材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且（qiě）鋼水中溶解的（de）O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢（shì）盡可能低的耐火材料（liào），Mg與Ca在高溫下（xià）以（yǐ）氣態存在，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，而CaO的氧勢也很小，因此，精（jīng）煉設備應該選用鎂鈣（gài）質耐火材料。溫（wēn）度升高（gāo）不利（lì）於脫P，但（dàn）鋼包中（zhōng）采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用（yòng）CaO含量高（gāo）的（de）鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂（měi）鈣質耐火材料的熱（rè）震穩定性高（gāo）、抗渣滲透性（xìng）好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材（cái）料中的CaO反應生成高熔（róng）點化合物C2S或C3S,形成保護層，從（cóng）而抑製熔（róng）渣（zhā）的滲（shèn）透。

關於H含量的（de）問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設（shè）備內（nèi）襯耐火材料的水分及有機添加物（wù）。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（cún）在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

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

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人（rén）試驗研究（jiū）鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的反應，檢驗鎂鈣質（zhì）耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出（chū）現“回S”現象。為（wéi）了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以（yǐ）盡可能降低鋼包（bāo）內襯的再氧（yǎng）化能（néng）力，另一方麵（miàn）可以避免強還（hái）原條件下鋼包渣（zhā）導致耐火材料的過度消耗。

耐火（huǒ）材料對鋼中P含量的影響（xiǎng）：匡加才研究MgO—CaO質澆注料（liào）對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中（zhōng）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含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼（gāng）水碳（tàn）含量（liàng）的影響：實驗（yàn）表明，使用（yòng）含C耐火材料，鋼水（shuǐ）顯（xiǎn）著增C，當同一製品第二（èr）次使用（yòng）時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料（liào）對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的（de）水分以及其中的（de）有機粘結劑會對鋼水中（zhōng）的H含（hán）量產生顯著影響。連鑄過（guò）程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管（guǎn）保護主流時，有機（jī）粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含（hán）量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮（dàn）化物在（zài）耐火材料中應（yīng）用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要（yào），連鑄的增N點就是長（zhǎng）水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）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，實驗表明：在（zài）反應（yīng）30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水（shuǐ）中的（de）夾（jiá）雜物，其餘的（de）堿性耐火材料均使鋼水夾（jiá）雜物數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料（liào）中的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（kě）有效（xiào）地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高（gāo）熔點化合（hé）物被吸附鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形（xíng）成保護層，或者從鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵上（shàng）剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中（zhōng）夾（jiá）雜物的能（néng）力越強。

鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩（gān）堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性（xìng）。試驗（yàn）結（jié）果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和（hé）滲（shèn）透能力比（bǐ）較強。燒（shāo）成白雲石磚基質部分致密程（chéng）度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度（dù）渣侵蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐渣對三（sān）種（zhǒng）磚的侵蝕和滲透比高堿度（dù）渣（zhā）嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明顯好於不燒（shāo）鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於（yú）CaO含量（liàng）低的（de）鎂鈣磚。鎂鈣質（zhì）材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為（wéi）渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑（yì）製熔渣的滲透（tòu）。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的（de）強溶蝕並滲透（tòu）作用。

克拉瑪依鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂（měi）鈣磚種（zhǒng）類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂（měi）鈣碳磚（zhuān）比鎂碳磚具有更好的真空穩定（dìng）性、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時（shí）取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗（kàng）剝落性能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人（rén）采用煉（liàn）鋼轉（zhuǎn）爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣（gài）碳磚及鎂碳磚的侵蝕（shí）進行（háng）實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構（gòu）剝落，蝕損（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和終期（qī）渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分（fèn）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，所以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重。

孫惠章等人（rén）研究結果表明鎂白雲石碳磚（zhuān）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（yú）鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對（duì）潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少，非（fēi）金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸（cùn）很小和形態得到控製（zhì），合金元素成分精（jīng）準並且分布均勻，使鋼材具有高性能（néng）、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中（zhōng），耐火材料始（shǐ）終（zhōng）與鋼水接觸，一般耐火（huǒ）材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有（yǒu）白雲石質即鎂鈣質耐火材（cái）料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中（zhōng）的（de）非金屬夾雜物，而且不汙染環境。