徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提（tí）高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼（gāng）水直接接觸的（de）耐火材（cái）料對鋼水的淨（jìng）化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙（wū）染（rǎn）。可（kě）是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的（de）理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料（liào）不但不（bú）汙染（rǎn）鋼水，反而能淨化鋼水，並且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增（zēng）加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征（zhēng）

白雲石（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石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火（huǒ）材料。

其中（zhōng），白雲石質耐火材料是指全部用（yòng）煆（duàn）燒或電熔的白雲石（shí）做（zuò）原料的定型或不定（dìng）形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石（shí）與（yǔ）白雲石合成的（de）耐火（huǒ）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含量越高（gāo），抗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，高溫蠕（rú）變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的（de）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熱工設（shè）備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（liào）對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼等對鋼中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）的含（hán）量要求（qiú）嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和（hé）均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離（lí）CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等雜質反應（yīng），使其轉移到爐渣中，具有除（chú）去雜質、淨化鋼水的功（gōng）能。由於CaO的（de）氧勢很低（dī），鎂鈣質耐火材（cái）料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶（yě）煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備（bèi）的耐（nài）火材料。近年來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗（hào），研究人員對白雲石（shí）質耐火材料進（jìn）行了許多試驗研（yán）究，取得了很好的結（jié）果。

MgO在真空條件下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發性（xìng）是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性（xìng）大大降低。因此，MgO質材料（liào）中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在高溫真空條件下使（shǐ）用比（bǐ）純MgO質耐火（huǒ）材料更合（hé）適。

鋼水中的（de）脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣（zhā）必須（xū）是CaO含量高的高（gāo）堿度渣，並且鋼水中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下以氣態存在（zài），在鋼水（shuǐ）中的溶解度很（hěn）小，而CaO的氧勢也很（hěn）小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質（zhì）耐（nài）火（huǒ）材料。溫度升高不（bú）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（liào）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耐火材料中的CaO反（fǎn）應生成高熔（róng）點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而（ér）抑（yì）製熔渣的滲透。

關於H含量（liàng）的問題，采用真空精煉，其H主要來自（zì）熔渣或精（jīng）煉設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（hōng）烤，充分排除其中（zhōng）的水分，就（jiù）不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火（huǒ）材（cái）料對鋼中（zhōng）氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性（xìng）高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為（wéi）是防止鋼水（shuǐ）增氧的有（yǒu）效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反（fǎn）應45min時，脫S效果更好，脫（tuō）S率（lǜ）達70.12%；超（chāo）過45min，脫（tuō）S率降低，出現“回（huí）S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質（zhì）鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能（néng）力（lì），另（lìng）一方（fāng）麵可以避免（miǎn）強還原條件（jiàn）下鋼包渣（zhā）導致耐火材料的過度消耗。

耐火材（cái）料對鋼中P含量的影響（xiǎng）：匡加（jiā）才研究MgO—CaO質（zhì）澆（jiāo）注料對鋼中P含（hán）量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼（gāng）中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到（dào）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）對鋼水（shuǐ）碳含量的影響：實驗（yàn）表明，使用含C耐火材（cái）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粘結（jié）劑會（huì）對鋼水中的（de）H含量產（chǎn）生顯著影響。連鑄（zhù）過程中，鋼包和中間包係統中使（shǐ）用保護套管保（bǎo）護主流時，有機（jī）粘結（jié）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)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低（dī），近年（nián）來氮化物在耐火材（cái）料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大（dà）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點就是長水口保（bǎo）護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中（zhōng）夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨（jìng）化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中（zhōng）的夾雜物，其餘的堿性（xìng）耐（nài）火（huǒ）材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火材（cái）料中的CaO反（fǎn）應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物（wù），熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效地去（qù）除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣（gài）質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐（nài）火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中（zhōng）夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉（liàn）用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果（guǒ）得出（chū），CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成（chéng）白雲（yún）石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性（xìng）。堿度（dù）較低的VOD爐渣對三種磚的侵（qīn）蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言（yán），燒成的鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚（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含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有（yǒu）良（liáng）好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕（shí）和滲透能力，這是因（yīn）為渣與鎂鈣材料作（zuò）用析出C3S，使材料表層致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滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

銅仁鎂磚之鎂鈣（gài）碳磚的性能及抗侵蝕的（de）研究

鎂鈣碳磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種（zhǒng）類複（fù）雜（zá）。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳（tàn）磚具有更好的真空（kōng）穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時（shí）取（qǔ）決於（yú）CaO及C的含量。CaO含量越（yuè）高，抗剝落性（xìng）能越（yuè）好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉（zhuǎn）爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果（guǒ）表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫（sūn）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（néng）力強（qiáng）；而且磚（zhuān）中的CaO有利於鋼水的脫O、脫（tuō）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（gāng）的影響

潔淨鋼係（xì）指鋼中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非（fēi）常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形（xíng）態得到控製，合金元（yuán）素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材（cái）料始終與鋼（gāng）水接觸，一般耐火材料對（duì）鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材（cái）料能（néng）淨化鋼（gāng）水，除去鋼中的非金屬夾（jiá）雜（zá）物，而（ér）且不汙染環（huán）境。