徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度（dù）研究（jiū）提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼（gāng）水直接接觸的耐火（huǒ）材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼（gāng）水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質（zhì））耐火（huǒ）材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨（jìng）化鋼水（shuǐ），並且（qiě）也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中（zhōng）應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）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（zhǔ）要包括（kuò）白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，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（xíng）或不定形耐火材料；鎂白雲石（shí）和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石與白雲石（shí）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（xìng）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熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效（xiào）果越好，但（dàn）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位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼（gāng）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，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及（jí）脫氣、調整化學成分和均勻（yún）化等。鎂鈣質耐火材料中的遊（yóu）離CaO，易與（yǔ）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（zá）質、淨化鋼（gāng）水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適（shì）合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼、特殊鋼等設備的（de）耐火材料。近年來（lái），為了淨化鋼水、延長爐（lú）襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白（bái）雲石質耐火材料進行了（le）許多（duō）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MgO的揮發性是有影響（xiǎng）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（zhōng）加入一定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫（wēn）真（zhēn）空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫（tuō）S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿（jiǎn）度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含（hán）量低，就要（yào）選擇氧勢盡可能（néng）低的（de）耐火材（cái）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，精煉設備應該選用鎂（měi）鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量（liàng）高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料同（tóng）樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火（huǒ）材（cái）料中的CaO反（fǎn）應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層（céng），從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其（qí）H主（zhǔ）要來自熔渣或（huò）精煉設備內襯耐（nài）火材料（liào）的水（shuǐ）分及有機（jī）添加（jiā）物。熱力學分析認（rèn）為：要在1200℃下長期烘（hōng）烤（kǎo），充分排除（chú）其（qí）中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量（liàng）增高問題。

鎂（měi）鈣質耐火材料對（duì）鋼水性能的影響

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

耐火材料對鋼中S的影響：田（tián）琳等（děng）人試驗研（yán）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（xiào）果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫（tuō）S效果更好，脫S率達70.12%；超過（guò）45min，脫S率降低（dī），出現“回S”現象。為了使鋼包獲得（dé）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（bì）免強還原條件下鋼包渣導致（zhì）耐火（huǒ）材料（liào）的過度（dù）消耗。

耐火（huǒ）材料對鋼中P含量的（de）影響（xiǎng）：匡加才（cái）研究MgO—CaO質澆注料（liào）對鋼（gāng）中P含量的影（yǐng）響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降（jiàng）低，由原始（shǐ）的0.1%降低（dī）到0.01%，進（jìn）一（yī）步提高CaO含量，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（xiǎng）：實驗表明，使（shǐ）用含C耐火材料，鋼水（shuǐ）顯著增C，當同一製品第二次使（shǐ）用時，鋼水僅發（fā）生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含（hán）量的影響：耐火（huǒ）材料中的水分以及（jí）其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影（yǐng）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（yǒu）機粘結劑導致（zhì）吸（xī）H。對鋼包、中間包烘烤，能有（yǒu）效地降低鋼水的吸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（hěn）低（dī），近年來（lái）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（de）增N量在鋼包與中間包之間（jiān），保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響（xiǎng）：田琳等人研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻（gè）耐火材料對管線（xiàn）鋼鋼水潔淨化的影（yǐng）響，實驗表（biǎo）明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能（néng）去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材（cái）料均使（shǐ）鋼水夾雜物數量（liàng）增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材（cái）料中（zhōng）的CaO反（fǎn）應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複（fù）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（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點化合（hé）物被吸附鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上（shàng）剝（bāo）落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火（huǒ）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堝法研（yán）究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得出，CaO含量（liàng）高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒（shāo）成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲（yún）石磚具有更好的抗（kàng）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（chóng）得（dé）多。相對而言，燒（shāo）成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高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（yǒu）良好的抵抗高堿（jiǎn）度熔渣的侵蝕和滲透能（néng）力，這是因為渣與鎂鈣材料作（zuò）用析出C3S，使材料表層致密化（huà）而有效抑製熔渣的滲透。低堿度（dù）熔渣具有較強的（de）侵蝕（shí）和滲透能力，主要是熔渣對基質的（de）強溶（róng）蝕並滲透作用。

達州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（gài）磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳（tàn）磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及（jí）C的（de）含（hán）量。CaO含量越高，抗剝（bāo）落性（xìng）能越好，淨化鋼水的效（xiào）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（zhuān）的抗侵蝕研究（jiū）：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣（zhā）、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚（zhuān）的（de）侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初（chū）期渣MgO—C磚（zhuān）蝕（shí）損率比MgO—CaO—C磚高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，是因為在磚的界麵上產生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和終期渣（zhā），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（wéi）其在高溫（wēn）中及（jí）被渣中∑FeO溶（róng）解，所以比MgO—C磚侵（qīn）蝕嚴重。

孫惠（huì）章等人研究結果表（biǎo）明鎂白雲石（shí）碳（tàn）磚高溫抗氧化性（xìng）和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於（yú）鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石（shí）質耐火材料對潔（jié）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，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中（zhōng），耐火（huǒ）材（cái）料始終與鋼水接觸，一般耐火（huǒ）材料對鋼水（shuǐ）或多或少總有些汙染，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（bú）汙染環境。