徐平坤

以（yǐ）前，從煉鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼的純（chún）淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對（duì）鋼水的淨化作用，總是認為耐火材（cái）料或多或少地會對鋼水（shuǐ）產（chǎn）生汙染。可是通過對白雲（yún）石質（鎂鈣質）耐火材（cái）料的理論研究和實際試驗（yàn），得出鎂鈣質材料（liào）不（bú）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（bái）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（shāo）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（bái）雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中（zhōng），白雲石質（zhì）耐火材料是指全部用煆燒（shāo）或電熔的白雲石做原料的定（dìng）型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火（huǒ）材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品（pǐn）的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔（róng）渣的能（néng）力越強，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（shuǐ）化和（hé）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同部（bù）位使用條件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼（gāng）水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格（gé），需要爐外精煉除去鋼中雜質及（jí）夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻（yún）化（huà）等。鎂（měi）鈣質耐火材料中的遊離CaO，易（yì）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、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂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、特殊鋼等設備（bèi）的（de）耐火材料（liào）。近年來（lái），為（wéi）了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材（cái）料消耗，研究人員對白雲石質耐火（huǒ）材料進行了許多試驗研（yán）究（jiū），取得了很好的結果。

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

鋼水中的脫（tuō）S反（fǎn）應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低（dī）。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（yǐ）氣態存在，在鋼水中的溶解度（dù）很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度（dù）升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含（hán）量高（gāo）即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的（de）鎂鈣質耐火材（cái）料同樣也有利脫P。

鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材（cái）料的（de）熱震穩定（dìng）性高、抗渣滲透性好（hǎo），特別是熔（róng）渣中SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐火材料中的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（róng）渣的滲透。

關於H含量的問（wèn）題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣（zhā）或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物（wù）。熱力學分析認為：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）含量增（zēng）高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水（shuǐ）性（xìng）能的（de）影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光（guāng）等人認為MgO—CaO耐火材（cái）料中的CaO熱（rè）力學穩定性高，具有很低（dī）的氧平衡分壓，在鋼水中的溶（róng）解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐（nài）火材料對鋼中S的（de）影（yǐng）響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中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，反應（yīng）45min時，脫（tuō）S效果更好，脫（tuō）S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石（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襯的再氧化能力，另（lìng）一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導（dǎo）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（yǐng）響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼（gāng）中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步（bù）提（tí）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（liào），鋼水顯著（zhe）增（zēng）C，當（dāng）同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其（qí）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使用保（bǎo）護套（tào）管保護主流時，有（yǒu）機（jī）粘結劑導致吸H。對（duì）鋼包、中間包烘烤（kǎo），能有效（xiào）地（dì）降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化（huà）物（wù）在（zài）耐火材料中應用受（shòu）到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包（bāo）與中間包之間，保護套（tào）管非常重要（yào），連鑄的增N點就（jiù）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物的（de）影響（xiǎng）：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管（guǎn）線鋼（gāng）鋼水潔淨化的影響，實驗（yàn）表明：在反應30min的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣質（zhì）耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿（jiǎn）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（fǎn）應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複（fù）合化合物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣（gài）質耐火材料表（biǎo）麵上剝落下（xià）來上浮至保（bǎo）護渣（zhā）層中；在鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料中的活性CaO含量（liàng）越高，吸附鋼水中夾雜物的能力（lì）越強。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的抗（kàng）侵蝕性能：梁義（yì）兵等人（rén）采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉（liàn）用鎂鈣磚的抗渣性。試（shì）驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透（tòu）能力比較強。燒成白雲石（shí）磚（zhuān）基質部分致密程度高，較不燒（shāo）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（zhā）對三種（zhǒng）磚的侵蝕和滲透比（bǐ）高堿度（dù）渣嚴重得多。相對而（ér）言，燒成的鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低（dī）的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質（zhì）材料具（jù）有良好的抵抗高（gāo）堿度（dù）熔渣的侵蝕和滲（shèn）透能力，這是（shì）因為（wéi）渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使（shǐ）材料表層致（zhì）密化而有效（xiào）抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣（zhā）具有較強的侵蝕和滲透能力（lì），主要是熔渣對基質的強溶蝕並（bìng）滲透作用。

宜春鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成鎂鈣磚種類複（fù）雜。除（chú）具備鎂（měi）鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚的性能同（tóng）時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好（hǎo），淨化鋼水的效果也越好；C含（hán）量越高，抗渣侵（qīn）蝕和抗剝（bāo）落性能越強。

鎂（měi）鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔（cuī）淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分（fèn）別對鎂鈣碳磚及鎂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（gòu）剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；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（yīn）為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結（jié）果表明鎂白（bái）雲（yún）石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且（qiě）磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼（gāng）的電爐爐襯。

白雲石質（zhì）耐（nài）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（fēi）常（cháng）少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小（xiǎo）和形態得（dé）到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品（pǐn）質。在鋼水從冶煉（liàn）到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材（cái）料（liào）對（duì）鋼水或多（duō）或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。