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（de）耐火材料（liào）對鋼水的淨化作用（yòng），總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生（shēng）汙（wū）染。可是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料（liào）的理論研究和實（shí）際試驗，得出鎂鈣質（zhì）材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並（bìng）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日益增加。

白雲石與鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後（hòu）的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主（zhǔ）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（shì）指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定（dìng）型或不（bú）定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐（nài）火材料是用（yòng）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（wēn）使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力（lì）越（yuè）強；CaO含量越高，抗高（gāo）SiO2熔渣的能力（lì）越強，高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差。因（yīn）此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣（gài）質耐火材料中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量（liàng）要求嚴格，需要（yào）爐外精（jīng）煉除去鋼中雜質及夾雜物以及（jí）脫氣（qì）、調整化學成分和均勻化（huà）等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜質反應，使其（qí）轉移到爐（lú）渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂（měi）鈣（gài）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）的耐火材料。近年來，為了淨化鋼（gāng）水、延（yán）長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員（yuán）對白雲石質耐火材料（liào）進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真（zhēn）空條件下（xià）容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性（xìng）大（dà）大降低。因此（cǐ），MgO質材料（liào）中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真（zhēn）空條件下使用比（bǐ）純MgO質耐（nài）火材料更合（hé）適。

鋼（gāng）水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的（de）高堿（jiǎn）度渣，並且鋼水中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要使O含量（liàng）低，就要選（xuǎn）擇氧勢盡可能低的耐（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，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該（gāi）選用鎂鈣（gài）質耐火材料。溫度升（shēng）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同樣（yàng）也有利脫P。

鎂鈣質耐（nài）火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的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（de）滲透。

關（guān）於H含（hán）量（liàng）的（de）問題，采用（yòng）真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐（nài）火材料的水分及有機添加物。熱（rè）力學（xué）分析認為：要在1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐（nài）火材料對鋼水性能的影響

耐火材料（liào）對鋼中氧含量的影（yǐng）響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定（dìng）性高，具有很低的氧平衡分壓（yā），在鋼水中的溶解度很小，被認為（wéi）是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等（děng）人試驗研究鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的（de）反應，檢（jiǎn）驗鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料的脫S效果。結（jié）果表明（míng）：在1600℃下（xià），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“回S”現象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫S效果，使用白雲石質鋼包（bāo）內襯是很必要（yào）的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強（qiáng）還原條件下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度消耗。

耐火（huǒ）材料對鋼中P含量（liàng）的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注（zhù）料對鋼中P含量的影響。實驗結果表（biǎo）明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中（zhōng）P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進（jìn）一步提高CaO含（hán）量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火（huǒ）材（cái）料對鋼水碳含量的影響：實驗（yàn）表明，使用（yòng）含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品（pǐn）第二（èr）次使用時，鋼水僅發（fā）生輕（qīng）微增C。

耐火（huǒ）材料（liào）對鋼中H(氫)含量的（de）影響（xiǎng）：耐火材料中（zhōng）的水分以及其中的有機粘結劑（jì）會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中（zhōng），鋼包和中間包係（xì）統（tǒng）中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導（dǎo）致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量（liàng）的影響：傳統耐火（huǒ）材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分（fèn）解對鋼水造成（chéng）增N。更大的增N量（liàng）在鋼包與（yǔ）中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點（diǎn）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（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材料（liào）對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反（fǎn）應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火（huǒ）材料能去除鋼水中的夾雜（zá）物，其餘的堿性耐（nài）火材料均（jun1）使鋼水夾雜（zá）物數量增加。Al2O3、SiO2等（děng）夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合（hé）物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材（cái）料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐（nài）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。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩（gān）堝（guō）法研究3種不鏽鋼冶（yě）煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得出，CaO含量高（gāo）的（de）白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較（jiào）強。燒成白雲石磚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，燒成的鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿（jiǎn）度渣侵（qīn）蝕性明（míng）顯好於（yú）不燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的（de）鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好（hǎo）的抵抗高（gāo）堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與（yǔ）鎂鈣材（cái）料作用析出C3S，使材料表（biǎo）層致密化而有效抑製熔渣的滲（shèn）透（tòu）。低堿度熔渣具有較強的（de）侵蝕（shí）和滲透（tòu）能力，主要是熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透作用（yòng）。

安康鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚的性能及抗侵（qīn）蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備（bèi）鎂（měi）鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的（de）性（xìng）能同時取（qǔ）決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能（néng）越好，淨化鋼水的（de）效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強（qiáng）。

鎂鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢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磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚高（gāo）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（jiè）麵上（shàng）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%，因為其在高（gāo）溫中及被渣中∑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石碳磚高溫抗氧化（huà）性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而（ér）且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫（tuō）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（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬夾（jiá）雜（zá）物不僅數量少，而且尺寸很小（xiǎo）和形態得到控製，合金元素成分精（jīng）準並且分布（bù）均（jun1）勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火（huǒ）材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染（rǎn），唯有白雲石質即鎂鈣質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。