徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材料對鋼水的淨（jìng）化作用，總是認為耐（nài）火材料或多或少地會對鋼（gāng）水產生汙染。可是通過對白雲（yún）石質（鎂鈣（gài）質）耐火材（cái）料的理論研究和（hé）實際（jì）試驗，得（dé）出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，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（yòng）日益增加（jiā）。

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w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白（bái）雲石質（zhì）耐火材（cái）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（huǒ）材料是指全部（bù）用煆燒或電熔的白雲石做原料（liào）的定型或（huò）不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火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的高溫使用性能，MgO含量越高，抗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（dà），抗剝落性能（néng）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，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使（shǐ）用條件，合理（lǐ）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的影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需（xū）要爐（lú）外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼（gāng）水中的S、P等雜質（zhì）反（fǎn）應，使其轉移到爐（lú）渣中，具（jù）有除去雜質、淨化鋼水的功（gōng）能。由於CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低（dī）氧鋼（gāng），是爐外精煉冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為（wéi）了淨化（huà）鋼水（shuǐ）、延（yán）長爐襯（chèn）壽命、降低耐火（huǒ）材料消（xiāo）耗，研（yán）究人員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）空條件下容易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮（huī）發性（xìng）是有影響的，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的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在（zài）高溫真空條件下使用比（bǐ）純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含（hán）量高的高堿度渣，並且（qiě）鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧（yǎng）勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫（wēn）下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設（shè）備應該選用鎂鈣質耐火（huǒ）材料。溫（wēn）度升高不利於脫（tuō）P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔（róng）渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火（huǒ）材料同樣也有利脫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（yīng）生成高熔點化合物（wù）C2S或C3S,形（xíng）成保護層，從而抑（yì）製（zhì）熔渣的滲透。

關於（yú）H含量的問題，采用（yòng）真空精煉，其（qí）H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水（shuǐ）分及有機添加物（wù）。熱力學分析認為：要在1200℃下長（zhǎng）期烘烤（kǎo），充分排（pái）除其中的水分，就不存在鋼水（shuǐ）中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能（néng）的影響

耐火材料對鋼（gāng）中（zhōng）氧含量的影響：王龍（lóng）光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩（wěn）定性高（gāo），具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解（jiě）度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料（liào）對鋼中S的影響：田琳（lín）等人（rén）試驗（yàn）研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗（yàn）鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效（xiào）果更好，脫（tuō）S率達70.12%；超過45min，脫S率（lǜ）降低，出現（xiàn）“回（huí）S”現象。為了使鋼（gāng）包獲得有效的脫S效果，使用白雲（yún）石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方（fāng）麵可以盡可能降（jiàng）低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵（miàn）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（gāng）中（zhōng）P含量的（de）影響：匡加（jiā）才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注料對鋼中P含量的（de）影響。實驗結果表明：當澆注料中（zhōng）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%，進一步提高CaO含（hán）量，鋼中（zhōng）P含量僅有小幅度降低。

耐（nài）火材料對鋼水碳含（hán）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（pǐn）第二次使用時，鋼水（shuǐ）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（liào）中的水分以及其中（zhōng）的有機粘結劑會對鋼水中的H含（hán）量（liàng）產生（shēng）顯著影（yǐng）響。連（lián）鑄過程中，鋼包和中（zhōng）間包係統中使（shǐ）用（yòng）保護套管保護（hù）主（zhǔ）流時（shí），有（yǒu）機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間（jiān）包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材（cái）料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐（nài）火材料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分解對鋼水（shuǐ）造成增N。更大的增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（diǎn）就是長水口保（bǎo）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：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對（duì）管線鋼鋼（gāng）水（shuǐ）潔淨（jìng）化（huà）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中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數（shù）量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材（cái）料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生（shēng）成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左（zuǒ）右，可有效地去（qù）除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。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質耐火材料表（biǎo）麵，形（xíng）成保護層，或（huò）者從鎂鈣質耐火材料（liào）表麵上剝落下來（lái）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（yuè）高，吸附鋼水中夾雜（zá）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堝法（fǎ）研究3種不（bú）鏽鋼冶煉用鎂鈣磚（zhuān）的抗渣（zhā）性。試驗結果得出，CaO含量高（gāo）的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和（hé）滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部（bù）分致密程（chéng）度高，較不燒白雲石磚具有更好的（de）抗高堿（jiǎn）度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對（duì）三種磚的侵蝕和滲透比（bǐ）高堿度（dù）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（gāo）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。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高（gāo）堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用（yòng）析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

白沙鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及抗侵（qīn）蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚種類複雜（zá）。除具備鎂鈣磚的特性（xìng）外，鎂鈣碳磚比鎂碳（tàn）磚具有更好的真空穩定性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚（zhuān）的性能同時取（qǔ）決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗（kàng）剝落性能越好，淨化鋼（gāng）水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落（luò）性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和（hé）終（zhōng）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（qīn）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（de）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（zhuān）侵蝕嚴重。

孫惠（huì）章等人研究結（jié）果表明鎂白雲石碳磚高（gāo）溫抗氧化性和（hé）熱震穩定性好（hǎo），抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利（lì）於鋼水的脫O、脫S、脫P等（děng），適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對（duì）潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金（jīn）屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得（dé）到（dào）控製，合金元素（sù）成分精準並且分布均勻，使鋼材具（jù）有高性（xìng）能、高品質。在鋼水從冶煉到精（jīng）煉（liàn）的整個過程中，耐火材（cái）料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼（gāng）水（shuǐ）或多或（huò）少總有些汙染，唯有白雲（yún）石質即鎂鈣質耐火材料（liào）能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜（zá）物，而且（qiě）不汙染環境。