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（gāng）水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料（liào）或多或少地會對鋼（gāng）水產生汙染。可是通過（guò）對白雲石（shí）質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨（jìng）化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組（zǔ）成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂（měi）鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐（nài）火材（cái）料、鎂白雲石質耐火材（cái）料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火（huǒ）材料是指全部用煆燒或電（diàn）熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲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溫使用性能，MgO含（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，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）熱工設備的不（bú）同部位使用（yòng）條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石（shí）質耐火材料對淨（jìng）化鋼水（shuǐ）作用的（de）影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊鋼等（děng）對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要（yào）求嚴格，需要爐外精煉除去鋼（gāng）中雜質及夾雜物以及脫（tuō）氣（qì）、調整化學成分和（hé）均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應（yīng），使其轉移到爐渣中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣（gài）質耐火材料也適合（hé）用於冶煉低氧鋼（gāng），是爐外（wài）精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火（huǒ）材（cái）料。近年來，為了淨化鋼水、延長（zhǎng）爐襯壽命、降（jiàng）低耐火材料消耗，研究人員（yuán）對（duì）白雲石質耐火材（cái）料（liào）進行了許多試驗研究（jiū），取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影響的，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（zhì）材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條（tiáo）件下使用比純（chún）MgO質耐火（huǒ）材料更（gèng）合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是（shì）CaO含量高的高堿（jiǎn）度渣，並（bìng）且鋼（gāng）水中溶（róng）解的O含量盡可能要（yào）低（dī）。要使O含量低，就要選（xuǎn）擇氧勢盡可能低的（de）耐火材料，Mg與（yǔ）Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因（yīn）此（cǐ），精煉設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫（tuō）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。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣（zhā）滲透性好，特（tè）別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真（zhēn）空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料（liào）的水分及有機添加物（wù）。熱力學分析認為：要（yào）在1200℃下長期烘（hōng）烤，充分（fèn）排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對鋼水（shuǐ）性能的影響

耐火（huǒ）材料對鋼中（zhōng）氧含量（liàng）的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有（yǒu）很（hěn）低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解（jiě）度很小，被認為是防（fáng）止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料（liào）對鋼（gāng）中（zhōng）S的影響：田琳等人試驗（yàn）研（yán）究鎂鈣磚與鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗（yàn）鎂鈣質耐（nài）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（lǜ）達70.12%；超過（guò）45min，脫S率降低，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襯是很必要的，這樣一（yī）方麵（miàn）可以盡可能降低鋼包（bāo）內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件（jiàn）下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼（gāng）中（zhōng）P含（hán）量的影（yǐng）響（xiǎng）：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影（yǐng）響。實驗結果表明（míng）：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降（jiàng）低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含（hán）量僅有小（xiǎo）幅度降低。

耐火材料對鋼水（shuǐ）碳含（hán）量的影響：實（shí）驗表明，使用含C耐火（huǒ）材料，鋼水顯著增C，當（dāng）同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增（zēng）C。

耐火（huǒ）材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火（huǒ）材料中的水分以及其（qí）中的有機粘結劑會對鋼水中的（de）H含量產生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統（tǒng）中使用保護套（tào）管保（bǎo）護主流時，有機粘結劑（jì）導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地（dì）降低鋼水的（de）吸H量。

耐（nài）火材料對鋼中N(氮)含（hán）量的影響：傳（chuán）統耐（nài）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（dào）關注，如（rú）Sialon分解對鋼水造（zào）成增N。更大的增（zēng）N量在鋼包與中間（jiān）包之（zhī）間，保護套管非常重（chóng）要，連鑄的增N點就是長水口保（bǎo）護（hù），此處（chù）增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（jìng）化（huà）的影響（xiǎng），實驗表明：在反應（yīng）30min的情況下，隻（zhī）有鎂鈣質耐火材（cái）料能去除鋼水中的（de）夾雜物，其餘的堿（jiǎn）性（xìng）耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂鈣耐火材（cái）料中（zhōng）的CaO反（fǎn）應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點（diǎn）約為1400℃左右，可有效（xiào）地去（qù）除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點（diǎn）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浮（fú）至保護渣層中；在鎂鈣質耐（nài）火材料中的活性CaO含量越高，吸（xī）附（fù）鋼水中夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材（cái）料的抗（kàng）侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕和滲透能力比（bǐ）較強。燒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（kàng）高堿度渣（zhā）侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕（shí）和滲透比高堿度（dù）渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低（dī）堿（jiǎn）度渣侵蝕（shí）性（xìng）明顯（xiǎn）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（yú）CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良（liáng）好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這（zhè）是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度（dù）熔（róng）渣（zhā）具有較強的侵（qīn）蝕（shí）和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

山南鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的（de）性（xìng）能及抗侵蝕的研（yán）究

鎂鈣碳磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳（tàn）磚具（jù）有更好的真空穩定性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的性（xìng）能同時取決於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（yě）越（yuè）好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落（luò）性能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗侵蝕研究：崔（cuī）淑賢等人采用（yòng）煉鋼（gāng）轉爐的初期渣、中期渣（zhā）和終期渣分別對鎂鈣碳磚及（jí）鎂碳磚（zhuān）的侵（qīn）蝕進行實驗。實驗結果表（biǎo）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，蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損（sǔn）率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫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（dìng）性（xìng）好，抗酸性熔渣能（néng）力強；而（ér）且（qiě）磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶（yě）煉鋼的電爐爐（lú）襯。

白雲（yún）石質耐火材料對潔淨鋼的影響（xiǎng）

潔淨鋼係指鋼中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，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，唯有白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非（fēi）金屬夾雜物，而且不汙染環境。