徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工（gōng）藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接（jiē）觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是（shì）認為耐火（huǒ）材料或多或少地會對鋼水（shuǐ）產生汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理（lǐ）論研究和實（shí）際試驗（yàn），得出鎂鈣質材（cái）料（liào）不但（dàn）不汙染鋼水，反而能淨化鋼水（shuǐ），並（bìng）且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精（jīng）煉裝置（zhì）中應用日益增加。

白雲石與（yǔ）鎂鈣質耐火材料的（de）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%，比值為1.93。鎂鈣質（zhì）耐火材料主要包括白雲石質耐火材（cái）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用煆燒或電熔的白雲石做（zuò）原料的定型或不定（dìng）形耐火材料（liào）；鎂白雲石和（hé）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（yǐng）響鎂鈣質製（zhì）品的高溫使用性能，MgO含（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）力越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的（de）能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）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（jīng）煉（liàn）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（jié）淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜（zá）物（wù）的含量（liàng）要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中（zhōng）雜（zá）質（zhì）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，易與鋼水中的（de）S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材料也適合用於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉冶煉（liàn）潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊（shū）鋼等設備的耐火材料。近年來（lái），為了（le）淨化（huà）鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火（huǒ）材料消耗，研究人員對白雲石質耐（nài）火材料進行（háng）了許多試驗研究（jiū），取（qǔ）得（dé）了很好的結果。

MgO在真（zhēn）空條件下容（róng）易揮發，而CaO對MgO的揮發（fā）性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數）就可（kě）使MgO相對揮發性大大降（jiàng）低。因此，MgO質材料中加入（rù）一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材（cái）料更（gèng）合適。

鋼水中的脫（tuō）S反應中，要使鋼水S含量（liàng）低，熔渣必須（xū）是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解（jiě）的O含量盡（jìn）可能（néng）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（yǔ）Ca在高溫下以氣態存在（zài），在鋼水中的溶解度（dù）很小（xiǎo），而CaO的氧勢（shì）也很小，因此，精（jīng）煉設（shè）備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高（gāo）不（bú）利於脫P，但鋼包中采用CaO含（hán）量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量（liàng）高的鎂鈣質耐火材料同樣（yàng）也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的（de）熱震穩定性高（gāo）、抗渣滲透性好，特別（bié）是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中（zhōng）的CaO反應生成高（gāo）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，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精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（wéi）：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）含量增高（gāo）問題（tí）。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的（de）影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱（rè）力學穩定性高，具（jù）有很（hěn）低的氧平衡分壓，在（zài）鋼水中的溶（róng）解度很小，被認為是防止（zhǐ）鋼水增（zēng）氧的有效材料。

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（shuǐ）中S的（de）反應，檢（jiǎn）驗鎂鈣質耐火材料（liào）的脫S效（xiào）果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效（xiào）果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象（xiàng）。為了使鋼包獲得有效的（de）脫S效果，使用白（bái）雲石（shí）質鋼包內襯（chèn）是（shì）很必要的，這樣一方（fāng）麵可以盡可能（néng）降低（dī）鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以（yǐ）避免強還原條件下鋼（gāng）包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火（huǒ）材料對鋼中P含（hán）量的（de）影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實（shí）驗結（jié）果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中（zhōng）P含量（liàng）大幅度降低，由原始（shǐ）的（de）0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含（hán）量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材（cái）料，鋼水顯著增C，當同一製品第二（èr）次使用時，鋼水僅發（fā）生輕微增（zēng）C。

耐（nài）火材料對鋼中H(氫)含量的影響（xiǎng）：耐火材料中的水分以（yǐ）及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包（bāo）係統中使用保護套管保護主流時（shí），有機粘結劑（jì）導致吸H。對鋼包、中間包（bāo）烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐（nài）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（shòu）到關注，如Sialon分解對（duì）鋼水造（zào）成增N。更大（dà）的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管（guǎn）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：田琳等人研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料（liào）對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨（jìng）化的影響，實驗表明：在反應30min的情（qíng）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（de）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（cái）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（chú）鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成（chéng）C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔（róng）點化合物被（bèi）吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上（shàng）剝落下（xià）來上（shàng）浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物的能（néng）力（lì）越強。

鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料的抗侵蝕性能：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（xìng）。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石（shí）磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質（zhì）部（bù）分（fèn）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多。相對而（ér）言，燒成的鎂（měi）鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕能力好於CaO含量低的鎂（měi）鈣磚。鎂（měi）鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔（róng）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（zhì）的強溶蝕並（bìng）滲透（tòu）作用。

銅梁鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備（bèi）鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳磚具有更好的真空穩定性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時（shí）取（qǔ）決（jué）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）越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

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

孫惠章等人（rén）研究（jiū）結果表（biǎo）明鎂白雲石碳磚高溫（wēn）抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯（chèn）。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係（xì）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（liàng）少（shǎo），而（ér）且尺寸很小和形態得（dé）到控製，合金元素成分精（jīng）準（zhǔn）並（bìng）且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水（shuǐ）從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一（yī）般耐火材料（liào）對鋼水或多或少總有些（xiē）汙染，唯有白雲石質即（jí）鎂鈣質耐火材（cái）料能（néng）淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。