徐平坤

以前（qián），從煉鋼工藝（yì）的（de）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材料（liào）對鋼水的淨化作用，總是認為耐火（huǒ）材料或多或（huò）少地會對鋼水（shuǐ）產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣（gài）質）耐火材料（liào）的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而（ér）能淨化鋼（gāng）水（shuǐ），並且也不汙染環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用（yòng）日益增加。

白雲石與鎂鈣質（zhì）耐火材料的特征

白雲石（shí）（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的（de）理（lǐ）論組（zǔ）成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂（měi）鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料主要包括白雲石質耐火（huǒ）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）用煆燒或電熔的白雲石做原料的（de）定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣（gài）質耐火材料是用（yòng）鎂石（shí）與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化（huà）影響鎂鈣質製品的高溫（wēn）使用（yòng）性（xìng）能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗水化能力越強；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強（qiáng），高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷（lín）的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等（děng）熱工設備（bèi）的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼等對（duì）鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去（qù）鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離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（cái）料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼（gāng）等設備的耐火（huǒ）材（cái）料。近年來，為了淨化（huà）鋼（gāng）水、延長爐襯壽命（mìng）、降（jiàng）低耐火材料消耗，研究人員對白（bái）雲石（shí）質（zhì）耐火材料進行了許（xǔ）多（duō）試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮（huī）發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩（mó）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（yī）定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高溫真空條件下使用比（bǐ）純MgO質耐火材料更（gèng）合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔（róng）渣（zhā）必須是CaO含量高的高堿（jiǎn）度（dù）渣，並且鋼水中溶（róng）解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能（néng）低的耐（nài）火材料，Mg與Ca在高溫（wēn）下以氣態存在，在（zài）鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫（wēn）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（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火（huǒ）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，特別是熔（róng）渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火（huǒ）材料中的CaO反應生成（chéng）高熔點（diǎn）化合物C2S或C3S,形成保護層（céng），從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要（yào）來（lái）自熔渣或精煉設備內襯耐火材（cái）料的水分及有（yǒu）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（jiù）不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣（gài）質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火（huǒ）材（cái）料對鋼中氧含（hán）量的影響（xiǎng）：王龍光等人認（rèn）為MgO—CaO耐火材料（liào）中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡（héng）分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防（fáng）止鋼水增氧的有效材料。

耐（nài）火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂（měi）鈣（gài）磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果（guǒ）表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更（gèng）好，脫S率（lǜ）達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼（gāng）包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包（bāo）內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包（bāo）內襯的再氧化能（néng）力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐（nài）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（yán）究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大（dà）幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅（fú）度降低。

耐火材料（liào）對鋼（gāng）水碳含量的影響：實（shí）驗表明，使用含C耐火材料，鋼（gāng）水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機（jī）粘結（jié）劑會對鋼水中的H含量產生顯著（zhe）影響。連鑄過程中，鋼包（bāo）和（hé）中（zhōng）間包（bāo）係統中使用保護套管保護主（zhǔ）流時，有機粘結劑（jì）導致吸H。對（duì）鋼包（bāo）、中間包烘烤，能有（yǒu）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（chuán）統耐火（huǒ）材料N含量（liàng）很低，近年來氮化物在耐（nài）火材料中應用（yòng）受到（dào）關注，如Sialon分解對鋼水造成（chéng）增N。更大的增N量在鋼包與中（zhōng）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。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳（lín）等人研究（jiū）了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實驗表明（míng）：在反應30min的情況下，隻（zhī）有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水（shuǐ）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（jiá）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，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形成保護層，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；在鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中（zhōng）夾雜物（wù）的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義（yì）兵等人（rén）采用靜態坩堝法研究3種（zhǒng）不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結（jié）果得出，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高，較不燒白雲石磚（zhuān）具（jù）有更好的抗高堿度渣侵蝕性（xìng）。堿度（dù）較低（dī）的VOD爐渣對（duì）三種磚的侵（qīn）蝕和（hé）滲透比高堿度渣嚴（yán）重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗（kàng）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（dǐ）抗低（dī）堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣（gài）質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致（zhì）密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和（hé）滲透能力，主要是熔渣對（duì）基質的強溶蝕並滲透作用。

瓊海鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕（shí）的研究

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

鎂鈣碳磚的（de）抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中（zhōng）期（qī）渣和（hé）終期渣（zhā）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：初期渣MgO—C磚蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因（yīn）為MgO—C磚產生結構剝（bāo）落，蝕（shí）損最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上（shàng）產生了C2S保護（hù）層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為其在高溫中及（jí）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（jié）果表明鎂白雲石碳（tàn）磚高溫抗氧化（huà）性（xìng）和熱（rè）震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫（tuō）O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料（liào）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，非金屬夾雜物不（bú）僅（jǐn）數量（liàng）少，而且尺寸很小和（hé）形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品（pǐn）質。在鋼水從冶煉到精煉的整（zhěng）個過程中（zhōng），耐火（huǒ）材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料（liào）對鋼（gāng）水或（huò）多或少總有些汙染，唯有白（bái）雲石質即鎂鈣質耐火材（cái）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。