徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純（chún）淨度，沒有考慮與鋼水直接接（jiē）觸的（de）耐（nài）火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐（nài）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（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料（liào）不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，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（yǔ）鎂鈣質耐（nài）火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆（duàn）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（yào）包（bāo）括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部（bù）用煆燒或電熔的白（bái）雲石做原料的定型或不定形耐火（huǒ）材料；鎂白（bái）雲石和鎂鈣質耐火（huǒ）材料是用（yòng）鎂石與白（bái）雲（yún）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（shǐ）用性能（néng），MgO含量越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水（shuǐ）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（néng）和脫硫、脫磷的（de）效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差。因（yīn）此，應該根據爐外精煉（liàn）等熱工設備的不同（tóng）部位使用條件，合理選擇（zé）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（yòng）的影響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外（wài）精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分（fèn）和均勻化等。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，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼（gāng）水（shuǐ）的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材（cái）料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶煉潔淨鋼、純（chún）淨鋼、特殊鋼等設（shè）備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽（shòu）命、降低耐火材料消耗（hào），研究人員對白雲石質耐火材料進（jìn）行（háng）了許（xǔ）多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下（xià）容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相（xiàng）對揮發性大大降低（dī）。因此，MgO質材料（liào）中加入一（yī）定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料（liào）更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼（gāng）水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度（dù）渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇（zé）氧勢（shì）盡可能低的耐（nài）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（xiǎo），而CaO的（de）氧勢（shì）也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中（zhōng）采用（yòng）CaO含量高即堿度高的熔渣（zhā）有利脫P，因此（cǐ），用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同（tóng）樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是（shì）熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成（chéng）高（gāo）熔點化合物C2S或C3S,形成保（bǎo）護層，從（cóng）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）熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘（hōng）烤，充分排除（chú）其中的水分，就不存在鋼水中（zhōng）氫（H）含量增高問題。

鎂鈣（gài）質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧（yǎng）含量的影響：王（wáng）龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度（dù）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：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的反應（yīng），檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結（jié）果表明：在1600℃下，反（fǎn）應45min時（shí），脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低（dī），出現“回S”現象。為了使鋼包獲（huò）得有效的脫S效（xiào）果（guǒ），使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一（yī）方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另（lìng）一方麵可以避免強（qiáng）還原條件下鋼包（bāo）渣導致耐火材料的過度（dù）消（xiāo）耗。

耐火材料（liào）對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實（shí）驗（yàn）結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大（dà）幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含（hán）量僅有小幅度降低。

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

耐火材料（liào）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，鋼包和中間包係統中（zhōng）使用保護套管（guǎn）保護主流時，有機粘結（jié）劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效（xiào）地降低鋼（gāng）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（huà）物在耐火材料中應用受到關（guān）注，如Sialon分解對鋼水造成增（zēng）N。更大的增N量在鋼（gāng）包與中間包之（zhī）間（jiān），保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水（shuǐ）口保護（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼（gāng）鋼水潔淨化的影響（xiǎng），實驗表明：在（zài）反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼（gāng）水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾（jiá）雜物數量（liàng）增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生（shēng）成Ca12Al4O3的複（fù）合化合物（wù），熔點約為1400℃左右（yòu），可有效（xiào）地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣（gài）)和C3S(矽酸三鈣)高熔點（diǎn）化合物被吸附鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料表麵，形成保護層，或者（zhě）從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣（zhā）層中；在（zài）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。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的抗侵蝕性能：梁（liáng）義兵等人采用靜態坩（gān）堝法研究（jiū）3種不鏽鋼冶煉（liàn）用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲（yún）石磚抗高（gāo）堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部（bù）分致（zhì）密程度高，較不燒白雲石（shí）磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿（jiǎn）度較低的VOD爐（lú）渣對三種磚的侵蝕和滲透比高（gāo）堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕性明顯好於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量（liàng）高的燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良（liáng）好（hǎo）的抵抗（kàng）高堿度熔渣的侵蝕和滲透能（néng）力，這（zhè）是因為渣與鎂鈣材料作用析（xī）出C3S，使材料表層致密（mì）化而有效抑製（zhì）熔（róng）渣的滲透。低（dī）堿度（dù）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透作用。

宣城鎂磚之鎂鈣碳磚的性能（néng）及抗侵蝕的（de）研（yán）究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣（gài）磚（zhuān）的特性外（wài），鎂（měi）鈣碳（tàn）磚比鎂碳磚具（jù）有更好的（de）真空（kōng）穩定（dìng）性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳（tàn）磚的性能同（tóng）時取決於CaO及C的含量。CaO含量越（yuè）高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的（de）效果也（yě）越好；C含（hán）量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂（měi）鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等（děng）人采用煉鋼轉爐（lú）的（de）初期（qī）渣、中期渣和終期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚及（jí）鎂碳（tàn）磚的侵蝕進行實驗（yàn）。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為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（zài）磚的界麵上產生了（le）C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因（yīn）為（wéi）其在高溫中（zhōng）及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠（huì）章等人研究結果表明鎂白雲（yún）石碳磚（zhuān）高溫抗氧化性和（hé）熱震穩定性好，抗酸性熔渣（zhā）能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水（shuǐ）的脫O、脫S、脫P等，適（shì）合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲（yún）石質耐火材料對（duì）潔淨鋼的影響

潔（jié）淨（jìng）鋼（gāng）係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬夾雜物不僅數量（liàng）少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成（chéng）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（yě）煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般（bān）耐火材料對（duì）鋼水或多（duō）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（huà）鋼水，除去鋼（gāng）中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境（jìng）。