徐平坤

以前（qián），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。可是通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐火材料的（de）理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水（shuǐ），並且也不汙染（rǎn）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（wù）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（zhì）耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材（cái）料（liào）、鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料。

其中，白（bái）雲石質耐火材料是指全部用煆燒（shāo）或電熔的白雲（yún）石（shí）做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石（shí）和鎂鈣質耐火材料（liào）是用鎂石與白雲石合成的耐火材（cái）料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能（néng），MgO含（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化（huà）能力越強；CaO含（hán）量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效（xiào）果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越（yuè）差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同（tóng）部（bù）位使用條件，合理（lǐ）選擇鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨（jìng）化鋼水作用的影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼（gāng）等對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣（qì）、調整化學（xué）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（qí）轉移（yí）到爐（lú）渣中，具有（yǒu）除去雜質、淨化鋼（gāng）水的功能。由（yóu）於（yú）CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐（nài）火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材（cái）料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯（chèn）壽（shòu）命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行（háng）了許多試（shì）驗研究，取得（dé）了很好的結果。

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

鋼水中的脫（tuō）S反應中（zhōng），要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，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（xuǎn）擇（zé）氧勢盡可能低的（de）耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態（tài）存在，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，而CaO的氧勢也（yě）很（hěn）小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升（shēng）高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的（de）熔渣有（yǒu）利脫P，因此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣質耐火材料同（tóng）樣也有利脫（tuō）P。

鎂鈣質耐（nài）火材料的熱震穩定性（xìng）高、抗渣滲透性好（hǎo），特別是熔渣中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（chéng）保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於（yú）H含（hán）量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣（zhā）或精煉（liàn）設備內襯耐火材料的（de）水分（fèn）及有機添加物。熱（rè）力學（xué）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（liàng）增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼（gāng）水性能（néng）的影（yǐng）響

耐（nài）火材料對鋼中氧含（hán）量的影（yǐng）響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧（yǎng）的有效材料。

耐火材料對鋼（gāng）中S的影響：田琳等人試驗研究（jiū）鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下（xià），反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降（jiàng）低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫（tuō）S效（xiào）果，使用白雲石質鋼包內（nèi）襯是很必要（yào）的，這樣一方麵可以盡可能降低（dī）鋼包（bāo）內襯的再氧化能力（lì），另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火（huǒ）材料的過度消耗（hào）。

耐火材料對鋼（gāng）中P含量的影響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實（shí）驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量（liàng）大幅度降低，由原始的（de）0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低（dī）。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表（biǎo）明，使用含C耐火材料，鋼水（shuǐ）顯著增C，當同一（yī）製品（pǐn）第二次（cì）使（shǐ）用時，鋼水（shuǐ）僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的（de）影響：耐火材料中的水分以及其中的有（yǒu）機粘結劑會對鋼水中的H含量產生（shēng）顯著影響（xiǎng）。連鑄（zhù）過程中，鋼包和中間包係統（tǒng）中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包（bāo）、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的（de）吸H量。

耐火材料對鋼（gāng）中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在（zài）耐火材料中應用受到關注，如（rú）Sialon分解（jiě）對鋼水造成增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（zēng）N點（diǎn）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（jiá）雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影（yǐng）響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去（qù）除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水（shuǐ）夾雜物數量（liàng）增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）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（hé）物，熔點約為1400℃左右，可有（yǒu）效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和（hé）C3S(矽酸三鈣)高熔點（diǎn）化合物（wù）被吸（xī）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（shàng）浮至保護渣層（céng）中；在鎂鈣質耐火材料中的活性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（liào）的抗侵（qīn）蝕性能（néng）：梁義兵等人采用（yòng）靜態坩堝法研（yán）究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白（bái）雲石（shí）磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕和（hé）滲透（tòu）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（dī）的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得（dé）多。相（xiàng）對而言（yán），燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕（shí）性明顯好於不燒鎂（měi）鈣磚，CaO含量高的燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵（dǐ）抗高堿度熔渣的侵蝕和（hé）滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料（liào）作用析出C3S，使材料表（biǎo）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力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲（shèn）透作用。

塔城鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚（zhuān）具有更（gèng）好的真空（kōng）穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同（tóng）時取決於CaO及C的含量。CaO含（hán）量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼（gāng）水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵（qīn）蝕和抗剝落（luò）性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究（jiū）：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初（chū）期渣、中（zhōng）期渣和終期（qī）渣分別對鎂鈣碳（tàn）磚及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進行實驗。實驗結果表明：初（chū）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（gòu）剝落（luò），蝕（shí）損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較（jiào）輕，是因為在磚的界麵上（shàng）產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率（lǜ）反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）中及被渣（zhā）中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重。

孫惠章等人研究結果（guǒ）表明鎂白雲石碳磚高溫（wēn）抗氧化性（xìng）和熱震穩定性（xìng）好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的（de）CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼（gāng）的（de）電爐爐襯。

白雲石質耐火材（cái）料對潔淨鋼的影響

潔淨（jìng）鋼（gāng）係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成（chéng）分精準並且分布均勻，使鋼材具（jù）有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個（gè）過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨（jìng）化鋼水，除去鋼中的（de）非金屬夾雜（zá）物，而且不汙染環境。