徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝的角度研究提高鋼（gāng）的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對（duì）鋼水的淨化作用，總是（shì）認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙（wū）染（rǎn）。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材（cái）料的理論研究和（hé）實際試（shì）驗，得出鎂（měi）鈣質材料不但不汙染鋼水（shuǐ），反而能淨化鋼（gāng）水，並且也不汙染環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用（yòng）日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火材（cái）料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石（shí）質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐（nài）火（huǒ）材料是指全（quán）部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐（nài）火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與（yǔ）白雲石合成的耐（nài）火材料。MgO、CaO含（hán）量的變化（huà）影響鎂鈣（gài）質製品（pǐn）的高溫使用性能，MgO含量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此（cǐ），應該根據（jù）爐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、特殊鋼等對鋼中（zhōng）的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼（gāng）中雜質及夾雜物（wù）以及脫（tuō）氣、調整化學成分和均勻化等（děng）。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其（qí）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，鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶煉低氧鋼，是爐（lú）外（wài）精煉冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼、特（tè）殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低（dī）耐（nài）火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材（cái）料進行了（le）許多試驗研究，取（qǔ）得了很好的結果。

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

鋼水中（zhōng）的脫S反應中，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（róng）解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就（jiù）要選擇氧勢（shì）盡可（kě）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（cǐ），精煉設備應該選（xuǎn）用鎂（měi）鈣質耐火材料。溫度升高不利（lì）於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高（gāo）的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐（nài）火材料同樣也有利脫P。

鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲（shèn）入（rù）會與MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反（fǎn）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。

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℃下長期烘烤（kǎo），充分排（pái）除其中的水分，就不存在鋼水中氫（qīng）（H）含量（liàng）增高問題（tí）。

鎂鈣（gài）質耐火材料對鋼水性（xìng）能的影響（xiǎng）

耐（nài）火材料對鋼中氧（yǎng）含量（liàng）的影響：王（wáng）龍（lóng）光等人認為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中的CaO熱力（lì）學穩定性高，具有很低的氧平衡分（fèn）壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防（fáng）止鋼水增（zēng）氧的有效（xiào）材料。

耐火材（cái）料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣（gài）磚與鋼水中S的反（fǎn）應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結（jié）果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效（xiào）果，使（shǐ）用白雲石（shí）質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內（nèi）襯的再氧化能力（lì），另一方麵可以避免強還原條件下鋼包（bāo）渣導致耐火材料（liào）的過度（dù）消耗。

耐火材（cái）料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料（liào）對（duì）鋼中P含量的影響。實驗結果（guǒ）表（biǎo）明：當（dāng）澆注料中w（CaO）為（wéi）25%時，鋼中P含量大幅度降低，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。

耐火材料（liào）對鋼水碳含量（liàng）的影響：實驗表明，使用含C耐（nài）火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時（shí），鋼水僅發生輕微增（zēng）C。

耐火材料對鋼中H(氫（qīng）)含量的影響（xiǎng）：耐火材（cái）料（liào）中的水分以及其中的有機（jī）粘結劑（jì）會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過（guò）程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼（gāng）包、中間包烘烤，能有效（xiào）地降（jiàng）低鋼水的吸H量。

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量（liàng）的影響：傳統耐火（huǒ）材料N含量很低，近年來氮化物在耐（nài）火材料（liào）中應（yīng）用受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造成增N。更大（dà）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（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田（tián）琳等人（rén）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，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水中的夾（jiá）雜物，其餘的堿性耐（nài）火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，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（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點（diǎn）化合物被吸附鎂鈣質（zhì）耐火材料表（biǎo）麵，形（xíng）成保（bǎo）護層，或者從（cóng）鎂鈣質耐火材料表麵（miàn）上剝落下來上浮至保護渣層中（zhōng）；在（zài）鎂鈣質耐（nài）火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物的（de）能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性（xìng）能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研（yán）究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（bái）雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強（qiáng）。燒成白雲石（shí）磚（zhuān）基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度（dù）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（jiǎn）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性明顯好於（yú）不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低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（liáng）好的抵抗高堿（jiǎn）度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因（yīn）為（wéi）渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化（huà）而有（yǒu）效抑製熔渣（zhā）的滲透（tòu）。低堿（jiǎn）度熔（róng）渣（zhā）具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕（shí）並滲透作用。

揚州（zhōu）鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂鈣磚種類（lèi）複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有（yǒu）更好的真空穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳（tàn）磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越（yuè）好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚（zhuān）的抗侵（qīn）蝕研究：崔淑賢等人（rén）采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對（duì）鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上（shàng）產生了C2S保（bǎo）護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣（zhā）中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

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

白雲石質（zhì）耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中（zhōng）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，而且（qiě）尺寸很小（xiǎo）和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布（bù）均勻，使鋼材具（jù）有（yǒu）高性能、高品質。在鋼水從冶煉（liàn）到精（jīng）煉的整（zhěng）個過程中，耐火（huǒ）材料始終與鋼水接觸，一般耐火材（cái）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化（huà）鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染（rǎn）環境。