徐平坤

以前，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（huǒ）材料對鋼水的淨化作用，總（zǒng）是認為耐火（huǒ）材（cái）料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣質（zhì））耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣（gài）質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水（shuǐ），並且也不汙染環境，在（zài）AOD、VOD、精煉鋼包等爐外（wài）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（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質（zhì）耐火材料主要包（bāo）括白雲（yún）石質耐（nài）火材料（liào）、鎂白雲石質（zhì）耐火材（cái）料（liào）、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原（yuán）料的定型或不定形耐火材料（liào）；鎂（měi）白雲（yún）石和（hé）鎂鈣質耐火材料是用（yòng）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溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強（qiáng）；CaO含量越（yuè）高（gāo），抗（kàng）高SiO2熔渣的能（néng）力越強，高溫蠕變越（yuè）大，抗剝落性能和脫硫（liú）、脫磷的效果（guǒ）越好，但（dàn）抗水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）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條件，合理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料（liào）對淨化鋼水作（zuò）用的影響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼等對鋼中的（de）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（yǐ）及脫氣、調整（zhěng）化（huà）學成分和（hé）均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的（de）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，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼（gāng），是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純（chún）淨鋼、特殊鋼等設（shè）備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材（cái）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（le）很（hěn）好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影（yǐng）響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中（zhōng）加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火（huǒ）材料，在高溫真空條件下使用（yòng）比（bǐ）純MgO質（zhì）耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低（dī），熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣（zhā），並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含（hán）量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材（cái）料，Mg與Ca在高溫下以（yǐ）氣態存在，在鋼（gāng）水中的溶解度很（hěn）小，而CaO的氧勢（shì）也很小，因此，精煉設備（bèi）應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高（gāo）不（bú）利於脫P，但鋼（gāng）包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利（lì）脫P，因（yīn）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、抗渣滲透性好，特別（bié）是熔渣中SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反應（yīng）生成高熔點化（huà）合物C2S或C3S,形成保護（hù）層，從而抑製熔渣的（de）滲透。

關於（yú）H含量的問（wèn）題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉（liàn）設備內襯耐火（huǒ）材料的水分及有機添加物。熱力學分析（xī）認為：要在1200℃下（xià）長期烘烤，充分排除其中的（de）水（shuǐ）分，就不存（cún）在鋼水中氫（H）含（hán）量增高問（wèn）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：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材（cái）料中的CaO熱（rè）力學穩定性（xìng）高，具有很低的氧平衡分壓，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（gāng）中S的影響：田琳等人試驗研（yán）究鎂鈣（gài）磚與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料（liào）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（lǜ）降低，出現“回S”現象。為了使（shǐ）鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內（nèi）襯是很必要的，這樣一方麵可以（yǐ）盡可能降低鋼包內（nèi）襯的再氧化能力，另一（yī）方（fāng）麵可以避免強還原（yuán）條（tiáo）件下鋼（gāng）包渣導致（zhì）耐火材料的過度消（xiāo）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（liàng）的影響。實驗結（jié）果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量（liàng），鋼中P含量僅有小幅度降低。

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

耐火（huǒ）材料（liào）對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材（cái）料中的水分以及其中的有機粘結劑（jì）會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和（hé）中間包係統中使用保護套管保護（hù）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（xī）H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的（de）影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物（wù）在耐火材料中應用受（shòu）到關注，如（rú）Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在（zài）鋼包與中間（jiān）包之間，保護套（tào）管非常重要，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（shuǐ）潔淨化的影響，實驗（yàn）表明：在反應30min的情況下，隻有鎂（měi）鈣質耐火材料能去除鋼（gāng）水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火材（cái）料中的CaO反應（yīng），如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效地（dì）去除鋼中（zhōng）Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高（gāo）熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上（shàng）浮至保（bǎo）護渣層（céng）中；在鎂鈣質耐火材料中的（de）活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越（yuè）強。

鎂鈣質耐（nài）火材料的抗（kàng）侵蝕性能：梁義（yì）兵等人采用靜態坩堝法研究3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗（kàng）渣性。試驗結果得出，CaO含量（liàng）高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲（shèn）透能力比較強（qiáng）。燒成（chéng）白（bái）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渣侵蝕性。堿度較（jiào）低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高（gāo）堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣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（liàng）低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗（kàng）高堿度熔渣的侵蝕和滲（shèn）透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作（zuò）用析（xī）出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔（róng）渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲（shèn）透（tòu）作用。

萊蕪鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣（gài）碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚的（de）性能同時取決（jué）於CaO及C的含量。CaO含（hán）量越高，抗（kàng）剝落性能越好，淨化鋼水（shuǐ）的（de）效（xiào）果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗剝落性能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等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磚（zhuān）的侵蝕進行實驗。實驗結（jié）果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕（shí）損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕，是（shì）因為在磚的界麵上產生了C2S保（bǎo）護層；可是中期渣和（hé）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（zhōng）及被渣中∑FeO溶解，所以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等（děng）人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震（zhèn）穩定性好，抗酸性熔（róng）渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫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潔淨鋼的影響

潔淨（jìng）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）不僅數量（liàng）少，而且尺（chǐ）寸很小和形態得（dé）到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材（cái）具有高性能（néng）、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過（guò）程中，耐火材料始終與（yǔ）鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾（jiá）雜物，而且不汙染環境。