徐平坤

以前（qián），從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨（jìng）度（dù），沒有（yǒu）考慮與鋼水直接接（jiē）觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少（shǎo）地會對鋼水產生汙染。可是通過對（duì）白雲（yún）石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和（hé）實際試驗，得出鎂鈣質（zhì）材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼（gāng）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（yún）石與鎂（měi）鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆（duàn）燒後的理論（lùn）組（zǔ）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雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐（nài）火材（cái）料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料（liào）是（shì）指（zhǐ）全部用煆（duàn）燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石（shí）和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材（cái）料。MgO、CaO含量（liàng）的（de）變化影響鎂鈣質製品的高（gāo）溫使用性能（néng），MgO含（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水化能力越（yuè）強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越（yuè）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，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用（yòng）條件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作（zuò）用的影響

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（zá）物的（de）含量要求（qiú）嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分（fèn）和均勻化等。鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具（jù）有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料（liào）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（shū）鋼等設（shè）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火材（cái）料進行了許多（duō）試驗研究，取（qǔ）得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而（ér）CaO對MgO的揮發（fā）性是有（yǒu）影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮（huī）發性大大降（jiàng）低。因此，MgO質材料中（zhōng）加入（rù）一定量的CaO製（zhì）成（chéng）MgO—CaO質耐（nài）火材料，在（zài）高溫真空條件（jiàn）下使用比純MgO質耐火材料更合（hé）適（shì）。

鋼水中的（de）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（bìng）且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能（néng）低的耐火（huǒ）材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解（jiě）度很小，而（ér）CaO的氧勢也很小，因此，精（jīng）煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即（jí）堿度高的熔渣有（yǒu）利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火（huǒ）材料同樣（yàng）也有利脫P。

鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料的熱震穩定性（xìng）高、抗渣（zhā）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（fǎn）應生成高（gāo）熔點化合物C2S或C3S,形成保護（hù）層，從而抑製熔渣的滲透。

關於（yú）H含（hán）量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備（bèi）內襯耐火材（cái）料的水分及有機添加（jiā）物。熱力學（xué）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）含量增高問題（tí）。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響（xiǎng）

耐火材料對（duì）鋼中氧含量的影（yǐng）響：王龍（lóng）光等人（rén）認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的（de）氧平衡分（fèn）壓，在鋼水中的溶解度很小，被認（rèn）為是防止鋼水增（zēng）氧的有（yǒu）效（xiào）材料（liào）。

耐火材料對（duì）鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反（fǎn）應，檢驗鎂鈣質耐火材料的（de）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（chū）現“回S”現象。為了使（shǐ）鋼包獲得有效的脫（tuō）S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡（jìn）可（kě）能降低鋼包內襯的再氧化（huà）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（dù）消耗（hào）。

耐火材料對（duì）鋼中（zhōng）P含量的（de）影（yǐng）響（xiǎng）：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降（jiàng）低，由原始的0.1%降低（dī）到（dào）0.01%，進一步提高CaO含（hán）量（liàng），鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火（huǒ）材料（liào），鋼水顯著增C，當（dāng）同（tóng）一製品第二次使用時（shí），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（liào）中的水分以及其中的有機（jī）粘結劑會對鋼水中的H含量產生（shēng）顯著影響。連鑄過程中，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。對鋼包（bāo）、中間包烘烤，能有效（xiào）地降（jiàng）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中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包（bāo）之間（jiān），保護套管非（fēi）常重要，連鑄的增（zēng）N點就是長水口保護，此（cǐ）處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料（liào）對鋼水中（zhōng）夾雜物（wù）的影響：田琳等人研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在（zài）反應30min的情（qíng）況下，隻有鎂鈣質耐火（huǒ）材料能（néng）去除（chú）鋼水中的夾雜物，其餘的堿（jiǎn）性耐火材料均使（shǐ）鋼（gāng）水夾雜（zá）物數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐（nài）火材（cái）料（liào）中的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（yǒu）效地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與（yǔ）SiO2反（fǎn）應生成（chéng）C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形成保護層，或者從（cóng）鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣（zhā）層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材（cái）料的抗侵（qīn）蝕性（xìng）能：梁義兵等人采用（yòng）靜態坩堝法研究3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得出，CaO含量高的白雲石磚（zhuān）抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕和滲透能力（lì）比較強。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（dé）多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕性明顯好（hǎo）於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度（dù）渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質（zhì）材料具有良好的抵抗（kàng）高堿（jiǎn）度熔（róng）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，使材料表層（céng）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（zhǔ）要是熔（róng）渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

重慶鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性能同時（shí）取決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量越高，抗剝落性能（néng）越好，淨化（huà）鋼水的效果也（yě）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（qīn）蝕研（yán）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（zhuān）高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴（yán）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（qī）渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率（lǜ）反而分別比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因為（wéi）其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵（qīn）蝕嚴（yán）重。

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

白雲（yún）石質耐火材料（liào）對潔淨鋼的影響（xiǎng）

潔淨鋼係指鋼中有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和（hé）形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品質（zhì）。在（zài）鋼水從冶煉到精（jīng）煉的整個過程中，耐火材（cái）料始（shǐ）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（zhì）即鎂鈣質耐火材（cái）料能淨（jìng）化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。