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（jiē）接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是（shì）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（shuǐ），反而能（néng）淨化鋼水，並且也不（bú）汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐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（shì）天然礦物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質（zhì）耐火材料、鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔（róng）的白雲石做原料的定型或不定形耐火材（cái）料；鎂白雲石和鎂鈣（gài）質耐火材料是用鎂石與白雲石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）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（róng）渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差（chà）。因此，應該根據爐外精煉（liàn）等熱工設備的不同部位使用條件，合理（lǐ）選擇（zé）鎂鈣質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作（zuò）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（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要（yào）求嚴格，需要爐外精煉（liàn）除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分（fèn）和均勻化等。鎂鈣（gài）質耐火材料中的遊離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（gāng）水的功能。由於CaO的氧勢很低（dī），鎂鈣質耐火材料也適（shì）合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼（gāng）水、延長爐襯壽命、降低耐火材料（liào）消耗，研究（jiū）人員對（duì）白雲石質（zhì）耐火材料進行了許多試驗（yàn）研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條（tiáo）件下容（róng）易（yì）揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的（de），含（hán）有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的（de）CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下（xià）使用比純MgO質耐火材（cái）料更合適。

鋼水中（zhōng）的脫S反應（yīng）中，要使鋼水S含量低，熔（róng）渣必須是CaO含量高的高堿（jiǎn）度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低（dī），就要選擇氧勢盡可能（néng）低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以（yǐ）氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而（ér）CaO的（de）氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度（dù）高（gāo）的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的（de）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（gāo）、抗（kàng）渣滲透（tòu）性（xìng）好，特別是熔（róng）渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高（gāo）熔點（diǎn）化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的（de）滲（shèn）透。

關於（yú）H含量的（de）問題，采（cǎi）用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉（liàn）設備內（nèi）襯耐火材料的水（shuǐ）分及有機添加物（wù）。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）對鋼水（shuǐ）性能的影響

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

耐火材料對鋼中S的影（yǐng）響：田琳等人試驗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（biǎo）明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好（hǎo），脫（tuō）S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象（xiàng）。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯（chèn）是（shì）很必要的，這樣一方麵可（kě）以盡（jìn）可能降低鋼包內襯（chèn）的再氧化能力，另（lìng）一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致（zhì）耐火材料的過度消耗。

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。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅（fú）度降低，由原始的（de）0.1%降低到（dào）0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中（zhōng）P含量僅有小幅度降低。

耐火材料（liào）對（duì）鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含（hán）C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品（pǐn）第二次使用時，鋼水僅發生輕（qīng）微增（zēng）C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料（liào）中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響（xiǎng）。連（lián）鑄過程（chéng）中，鋼包和（hé）中間包係統中使用保護套管保護主流（liú）時，有（yǒu）機粘結劑導致吸H。對鋼包、中（zhōng）間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料（liào）對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料（liào）中應用受到關注，如Sialon分解對（duì）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，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼（gāng）水中夾雜物（wù）的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的（de）影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻（zhī）有鎂鈣質耐火（huǒ）材料能去（qù）除鋼水中的夾雜物，其餘（yú）的堿（jiǎn）性（xìng）耐火（huǒ）材料均使（shǐ）鋼水夾雜（zá）物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可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（wù），熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵上剝落下來上（shàng）浮至保（bǎo）護渣層中；在鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣（gài）質耐火材料的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等人（rén）采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果（guǒ）得出（chū），CaO含量（liàng）高的白雲石磚抗高（gāo）堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度（dù）高，較不燒白雲石磚具（jù）有更（gèng）好的抗（kàng）高堿（jiǎn）度渣侵蝕性。堿（jiǎn）度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲（shèn）透比高堿度（dù）渣（zhā）嚴重得多（duō）。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕性（xìng）明顯好於不燒（shāo）鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕能力好於CaO含（hán）量低（dī）的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材料具有（yǒu）良好的抵抗高堿度熔渣的侵（qīn）蝕和滲透能力，這（zhè）是因為渣與鎂鈣材料作用（yòng）析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的（de）滲透。低堿度熔渣具有（yǒu）較強的侵（qīn）蝕和（hé）滲透能力，主要是（shì）熔渣對基質的（de）強溶蝕並滲透作用（yòng）。

南陽（yáng）鎂磚之鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及抗侵（qīn）蝕的研究

鎂鈣（gài）碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成（chéng）鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚（zhuān）的特（tè）性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚（zhuān）具有（yǒu）更好的真空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的（de）含量。CaO含量越高（gāo），抗剝（bāo）落性能越（yuè）好，淨化鋼水的效果也越好（hǎo）；C含量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑（shū）賢等人（rén）采用（yòng）煉鋼轉爐的初（chū）期渣、中期渣和終期渣（zhā）分別（bié）對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實（shí）驗。實（shí）驗結果表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產（chǎn）生結構剝落，蝕（shí）損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界（jiè）麵上產生了C2S保護（hù）層；可是中（zhōng）期渣和終期渣，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（gāo）溫中及被（bèi）渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕（shí）嚴重（chóng）。

孫惠章等人（rén）研究結果表明鎂白（bái）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（qiáng）；而且磚中的CaO有利於鋼（gāng）水的（de）脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的（de）電爐（lú）爐襯（chèn）。

白雲石質耐火材料對潔淨（jìng）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（shǎo），非（fēi）金屬夾雜物不僅數量少（shǎo），而且尺寸（cùn）很小和形態得到控製（zhì），合金（jīn）元素成分精（jīng）準並且分布均勻，使鋼材（cái）具（jù）有高性能、高品質。在鋼水從（cóng）冶煉到（dào）精煉的整個過程中，耐火材料始（shǐ）終與鋼水接觸，一般（bān）耐火材（cái）料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有（yǒu）白雲石質即（jí）鎂（měi）鈣質耐火材料能淨化鋼水，除（chú）去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。