徐平坤

以前，從煉鋼（gāng）工藝（yì）的角度研究提高（gāo）鋼的純（chún）淨度，沒有考慮與鋼（gāng）水直接接觸（chù）的耐火材料對鋼水的淨化（huà）作用，總（zǒng）是認為耐（nài）火材料或多（duō）或少（shǎo）地會對鋼水產生汙（wū）染。可是通（tōng）過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料（liào）的理論研究和實（shí）際試驗，得出鎂鈣質材料不（bú）但不汙染鋼（gāng）水，反（fǎn）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。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

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

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆（duàn）燒或電熔的白雲石（shí）做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲（yún）石和（hé）鎂（měi）鈣質耐火材料是用鎂（měi）石與白雲石合成的耐（nài）火材料。MgO、CaO含量（liàng）的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水化能力越強；CaO含量越高，抗（kàng）高（gāo）SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變（biàn）越大，抗剝落性能和脫硫、脫（tuō）磷的效果（guǒ）越好，但抗水化（huà）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（shè）備的不同部位使用條件，合理選擇（zé）鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）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（zhōng）的雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素（sù）及SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）的含量（liàng）要求嚴格，需要爐外（wài）精煉除去鋼中雜（zá）質及夾雜物以及脫氣、調（diào）整化學成分（fèn）和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離（lí）CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐（lú）渣中，具有（yǒu）除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣（gài）質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶（yě）煉潔淨鋼（gāng）、純（chún）淨鋼、特殊鋼等（děng）設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐（nài）火材料進行了許多試驗研究，取得了很好（hǎo）的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，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（xiàng）對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的（de）CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使（shǐ）用（yòng）比（bǐ）純MgO質耐火材料更合（hé）適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高（gāo）堿（jiǎn）度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要（yào）選擇氧勢盡可（kě）能低的耐火材（cái）料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態（tài）存在，在鋼水中的溶解度很小，而（ér）CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料。溫度升高不利於脫P，但（dàn）鋼包中（zhōng）采用CaO含量高即（jí）堿（jiǎn）度高的熔渣有利脫P，因此（cǐ），用CaO含量高的鎂鈣質耐火材（cái）料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲（shèn）透性好，特（tè）別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成（chéng）保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於（yú）H含量的問題，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（cái）料的水分及有機添加物。熱（rè）力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的（de）水（shuǐ）分，就不存在鋼水中氫（H）含量增（zēng）高問題（tí）。

鎂鈣質耐（nài）火材料對鋼水性能的影響（xiǎng）

耐火材料對鋼中（zhōng）氧含量的影（yǐng）響（xiǎng）：王（wáng）龍光等（děng）人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很（hěn）低的氧（yǎng）平（píng）衡分壓，在鋼（gāng）水中的溶解度很（hěn）小，被認為是（shì）防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材（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，檢驗鎂鈣質耐火（huǒ）材料的脫S效果。結果（guǒ）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（chū）現“回S”現（xiàn）象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用（yòng）白雲石質（zhì）鋼包內襯是（shì）很必要的，這樣（yàng）一（yī）方麵可以（yǐ）盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡（kuāng）加才研（yán）究MgO—CaO質澆注料對（duì）鋼中P含（hán）量的影響（xiǎng）。實驗結果表明：當澆注料（liào）中w（CaO）為25%時，鋼（gāng）中P含（hán）量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含（hán）量，鋼中P含（hán）量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量（liàng）的影（yǐng）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（yòng）時，鋼水僅發生（shēng）輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的（de）水分以及其中的有機粘結劑（jì）會對鋼水（shuǐ）中的H含量產生顯著（zhe）影響。連（lián）鑄過程中（zhōng），鋼包和（hé）中間包係統中使用保護套管保護主流（liú）時，有機（jī）粘結劑導致吸H。對鋼包、中間（jiān）包烘烤，能（néng）有（yǒu）效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含（hán）量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料（liào）中應用受到關注，如（rú）Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增（zēng）N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常（cháng）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（liào）對鋼水中夾（jiá）雜物（wù）的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂（měi）鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料對管（guǎn）線鋼鋼水潔淨（jìng）化的影響，實驗表（biǎo）明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水（shuǐ）中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼（gāng）水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火材料中（zhōng）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，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物（wù）被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者（zhě）從鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活（huó）性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能（néng）力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義（yì）兵等人采用靜態坩堝法研（yán）究3種不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得（dé）出，CaO含量高（gāo）的白雲石（shí）磚（zhuān）抗高堿度的（de）AOD渣侵蝕和滲透能（néng）力比較強。燒成白雲石磚基（jī）質部分致密程度高，較不燒白雲石磚（zhuān）具有更好的抗高（gāo）堿度渣侵蝕性（xìng）。堿度較（jiào）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，燒成的鎂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（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣（gài）質材料（liào）具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料（liào）作用析出C3S，使（shǐ）材（cái）料表（biǎo）層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度（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。

安陽鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕（shí）的（de）研究（jiū）

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

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐（lú）的初期渣、中期渣和（hé）終期渣分別（bié）對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗（yàn）結果表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）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中（zhōng）∑FeO溶解，所以（yǐ）比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結（jié）果表明（míng）鎂白雲石碳磚高溫抗（kàng）氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強（qiáng）；而且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響（xiǎng）

潔淨鋼係指（zhǐ）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（shù）量少，而且尺寸很小和（hé）形態得到控製，合金元素成分（fèn）精準並且分布均勻，使（shǐ）鋼材具有高性（xìng）能、高品（pǐn）質。在鋼水（shuǐ）從冶煉到（dào）精煉的整（zhěng）個過程中，耐火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，唯有白雲石質即鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料能淨（jìng）化鋼水，除去鋼中的（de）非金屬（shǔ）夾雜物，而且不汙染環境。