徐平坤

以前（qián），從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的（de）純淨度，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，總是認為耐火材料或多或少地會（huì）對鋼（gāng）水產生汙染。可是通過對白雲石（shí）質（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理（lǐ）論研究（jiū）和實際試驗，得出（chū）鎂鈣質材料（liào）不但不汙染鋼水，反（fǎn）而能（néng）淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包（bāo）等爐外精（jīng）煉裝置中（zhōng）應用日益增加。

白雲石與鎂鈣（gài）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w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值（zhí）為1.93。鎂鈣（gài）質耐火材料主要（yào）包（bāo）括白雲石質耐火材料（liào）、鎂（měi）白雲石（shí）質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質（zhì）耐火材料是指（zhǐ）全部用煆燒（shāo）或電熔（róng）的白雲石做原料（liào）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與白雲石合（hé）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；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高溫蠕變越大，抗（kàng）剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但（dàn）抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐（lú）外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼（gāng）等對鋼（gāng）中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含量要求嚴格，需要爐外精（jīng）煉除去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（nài）火材料（liào）中的遊（yóu）離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉移到爐渣（zhā）中（zhōng），具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢（shì）很低，鎂（měi）鈣質耐火材料也適合（hé）用於冶煉低氧鋼，是（shì）爐外精煉冶（yě）煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命（mìng）、降低耐火材料消耗，研究人員（yuán）對白雲石質耐火（huǒ）材料進行了許多試驗研（yán）究（jiū），取（qǔ）得了很好的（de）結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響（xiǎng）的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使（shǐ）MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫（wēn）真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水（shuǐ）S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶（róng）解的O含量盡可能要低。要使O含量（liàng）低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與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，因此，精煉（liàn）設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫（wēn）度（dù）升（shēng）高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿（jiǎn）度高（gāo）的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料同樣也（yě）有利脫P。

鎂（měi）鈣質耐火材料的熱震穩定性（xìng）高、抗渣（zhā）滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的（de）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（tòu）。

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（bèi）內襯耐火材料的（de）水分及有機（jī）添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤（kǎo），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（zhì）耐火材料對鋼（gāng）水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的（de）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（jù）有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼（gāng）水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等（děng）人試（shì）驗（yàn）研究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反應，檢驗鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料的脫S效果。結（jié）果表明：在1600℃下，反應（yīng）45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效（xiào）的脫S效果，使用白雲石質（zhì）鋼包內襯是很必要的，這樣（yàng）一（yī）方麵可（kě）以盡可能降低鋼包（bāo）內襯（chèn）的再氧化能力，另（lìng）一方麵可以避免（miǎn）強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加（jiā）才（cái）研究MgO—CaO質澆（jiāo）注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表（biǎo）明：當（dāng）澆注料中（zhōng）w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低（dī），由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量（liàng）僅有小（xiǎo）幅度（dù）降（jiàng）低（dī）。

耐火（huǒ）材料對鋼水（shuǐ）碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯（xiǎn）著增C，當同一製品（pǐn）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（jí）其中的有機粘結（jié）劑會對鋼水（shuǐ）中的H含量產生顯（xiǎn）著（zhe）影（yǐng）響。連（lián）鑄過（guò）程中，鋼包和中間包係統中使用保護套（tào）管保護主流時，有機粘結劑導致吸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，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增（zēng）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（dá）（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（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔（jié）淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火（huǒ）材料能去除鋼水中的夾雜物（wù），其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合物，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（gài）)和C3S(矽酸三鈣)高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（lái）上浮至保護（hù）渣層中（zhōng）；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越（yuè）高，吸附鋼水中夾雜物（wù）的能力越強。

鎂鈣質耐火材料（liào）的抗侵蝕性能：梁（liáng）義兵等人采用靜態坩堝法（fǎ）研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚（zhuān）的抗渣性。試（shì）驗結果得出，CaO含量高的白（bái）雲石磚抗高（gāo）堿度的（de）AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質（zhì）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。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而（ér）言（yán），燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的（de）鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具有良好的抵抗高（gāo）堿度熔渣的侵蝕和滲透（tòu）能力，這（zhè）是因為渣與鎂鈣（gài）材料作用析出C3S，使材（cái）料表層致（zhì）密（mì）化而有效抑製熔渣的滲透。低（dī）堿度熔渣具有較強的侵（qīn）蝕和滲透能（néng）力（lì），主要（yào）是熔渣對基質的強溶蝕並滲（shèn）透作用。

四平鎂磚之鎂鈣（gài）碳磚的性能及抗侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳磚主要（yào）性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚種類複（fù）雜。除具備（bèi）鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量（liàng）越高，抗（kàng）剝落性能越好，淨（jìng）化鋼水的效果也越好；C含（hán）量越（yuè）高，抗（kàng）渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉（zhuǎn）爐的初期（qī）渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗（yàn）結果表明：初期（qī）渣（zhā）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，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕，是因為在磚（zhuān）的界麵上產（chǎn）生了C2S保護層；可是中期（qī）渣（zhā）和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及（jí）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性好，抗酸性熔渣能（néng）力強；而且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼水的脫（tuō）O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電（diàn）爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔（jié）淨鋼係指鋼中有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非（fēi）常少，非金屬夾雜物不僅數量少（shǎo），而且尺寸很小和形態得到（dào）控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高（gāo）性能、高品質（zhì）。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐（nài）火材料（liào）始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有（yǒu）白雲石質即鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬（shǔ）夾雜物（wù），而且（qiě）不汙（wū）染環（huán）境。