徐平坤

以前，從煉鋼（gāng）工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考（kǎo）慮與鋼水直接接觸的耐火材料（liào）對鋼水的淨化作用，總是（shì）認為耐火材料（liào）或多或少地會對鋼水產生（shēng）汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂（měi）鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）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，煆燒後的理論組成為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包（bāo）括（kuò）白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全（quán）部用煆燒或（huò）電熔的白雲石做（zuò）原料的定型或不定形耐火（huǒ）材料；鎂白（bái）雲（yún）石和鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料是用鎂石與白雲石合成（chéng）的耐火（huǒ）材料。MgO、CaO含量的變化（huà）影響鎂鈣質製品的高溫使用性（xìng）能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗（kàng）水化（huà）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（luò）性（xìng）能和脫硫、脫磷的效果（guǒ）越好，但抗水（shuǐ）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備的不（bú）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（bái）雲石質耐火（huǒ）材料（liào）對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼（gāng）、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量要求嚴格，需（xū）要爐外精煉除去（qù）鋼中雜質及夾（jiá）雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化（huà）等。鎂（měi）鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等（děng）雜質反應（yīng），使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於（yú）CaO的氧勢很低（dī），鎂（měi）鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊鋼等（děng）設備（bèi）的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白（bái）雲石質（zhì）耐火材（cái）料進行了許多（duō）試驗（yàn）研（yán）究，取得了很好的結果。

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

鋼水中的脫（tuō）S反（fǎn）應中，要（yào）使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且（qiě）鋼水中溶解的O含量盡可能要低（dī）。要使O含量低（dī），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，在鋼（gāng）水（shuǐ）中的溶解度很（hěn）小，而CaO的氧勢也很（hěn）小，因此，精（jīng）煉設備應該選用鎂鈣（gài）質耐火材料。溫度升高不利於脫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（liào）同樣也有利脫（tuō）P。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特（tè）別是熔（róng）渣中SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐火材（cái）料中的CaO反應生成高熔（róng）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（zì）熔渣或精煉設備內（nèi）襯耐火材料的水分（fèn）及有機添加（jiā）物。熱力學（xué）分析認為：要（yào）在1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充分排除其（qí）中的水分，就不存（cún）在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等（děng）人認為（wéi）MgO—CaO耐火材料（liào）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（de）溶解度很小，被認為是（shì）防止鋼水增氧的有效材料。

耐火（huǒ）材（cái）料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應（yīng），檢驗鎂鈣質耐火材料（liào）的脫（tuō）S效果。結果表（biǎo）明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果（guǒ）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（dé）有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這（zhè）樣一方麵可（kě）以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可（kě）以（yǐ）避免強（qiáng）還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火（huǒ）材料對鋼中P含（hán）量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為（wéi）25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始（shǐ）的0.1%降低（dī）到0.01%，進一（yī）步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火（huǒ）材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使（shǐ）用含C耐火（huǒ）材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水（shuǐ）僅發生輕微增C。

耐火材（cái）料對鋼中H(氫（qīng）)含量的影響：耐火材（cái）料中（zhōng）的水分以（yǐ）及其中的有機粘結劑會對鋼水中（zhōng）的H含量（liàng）產生顯著影響。連鑄（zhù）過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘（zhān）結劑（jì）導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能（néng）有效地降低（dī）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（hán）量很低，近年來氮化物在耐火材料中（zhōng）應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成（chéng）增N。更（gèng）大的增N量在鋼包與中間包之間，保（bǎo）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（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜（zá）物的影響：田琳等（děng）人研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材料對（duì）管線鋼（gāng）鋼水潔（jié）淨化的影響，實驗表（biǎo）明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘（yú）的堿性耐火材料均使（shǐ）鋼水夾（jiá）雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應（yīng）生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右（yòu），可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽（guī）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（zhì）耐火（huǒ）材料表麵上剝落下來（lái）上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材（cái）料中的活性CaO含量越高，吸（xī）附鋼水中（zhōng）夾雜（zá）物的能（néng）力越強。

鎂鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不（bú）鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的（de）白雲石磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒（shāo）成白（bái）雲石磚基質部分致密程度高（gāo），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。相對而言，燒成的鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的燒成鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣（zhā）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抗高堿度（dù）熔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（zhì）密（mì）化而有效抑製熔（róng）渣（zhā）的滲透（tòu）。低堿度熔渣具有較（jiào）強的侵蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

仙桃鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚（zhuān）種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真（zhēn）空（kōng）穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝（bāo）落（luò）性能越好（hǎo），淨化鋼水的效果也越好；C含量（liàng）越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落（luò）性能越強（qiáng）。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和（hé）終期（qī）渣分別（bié）對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。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（yīn）為MgO—C磚產生結構（gòu）剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵（miàn）上（shàng）產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比（bǐ）MgO—C磚高（gāo）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（chóng）。

孫（sūn）惠章等人（rén）研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和（hé）熱震穩定性好，抗酸（suān）性熔渣能力強（qiáng）；而且磚中的（de）CaO有利（lì）於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶（yě）煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料（liào）對（duì）潔淨鋼（gāng）的（de）影響

潔淨鋼係（xì）指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常（cháng）少，非（fēi）金屬夾雜物不僅數量少，而且（qiě）尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分（fèn）精準並且分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精（jīng）煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一（yī）般耐火材（cái）料對鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水（shuǐ），除（chú）去鋼中的非金屬夾雜物，而（ér）且不汙染環境（jìng）。