徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角（jiǎo）度研（yán）究提高鋼的純（chún）淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水（shuǐ）的淨化作用，總是認為耐火材（cái）料或多或少（shǎo）地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐火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，反而能淨化鋼水，並且也不（bú）汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置（zhì）中應（yīng）用日益增加。

白（bái）雲石與鎂鈣質耐火（huǒ）材料的特征

白雲石（shí）（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦物原料，煆（duàn）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雲石質（zhì）耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料（liào）是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定（dìng）型或不定形耐火（huǒ）材料；鎂白（bái）雲石和鎂鈣質（zhì）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（xìng）能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）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（wēn）蠕變越大，抗剝落性能和（hé）脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能越差。因此，應該根據爐外精煉（liàn）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（bái）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（de）雜質O、S、P、C、H、N等元（yuán）素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量（liàng）要求嚴格，需要爐外精煉（liàn）除去鋼中雜（zá）質及夾雜物以及脫氣、調整化（huà）學成分和均勻化等。鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料中的遊離CaO，易（yì）與（yǔ）鋼水中的S、P等（děng）雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能（néng）。由於（yú）CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材（cái）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（shū）鋼等（děng）設備的耐火材料。近（jìn）年來（lái），為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料（liào）消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試（shì）驗研（yán）究，取得了很好的結（jié）果（guǒ）。

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（jiù）可使MgO相對揮（huī）發（fā）性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質（zhì）耐火材料，在高溫真空條件下使用比（bǐ）純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中（zhōng）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）堿度渣，並且鋼水中溶解的O含（hán）量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火（huǒ）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（shè）備應該選用鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）。溫度升（shēng）高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿（jiǎn）度高的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料（liào）的熱震穩（wěn）定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反（fǎn）應生成高熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的（de）滲（shèn）透。

關於H含量的問題，采（cǎi）用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添（tiān）加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期（qī）烘（hōng）烤，充分排除其中（zhōng）的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問（wèn）題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火（huǒ）材料（liào）對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性（xìng）高，具有很低的氧平衡（héng）分壓，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中（zhōng）S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂（měi）鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應（yīng）45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了（le）使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包（bāo）內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡（jìn）可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方（fāng）麵可以避免強還（hái）原條（tiáo）件下鋼包渣導（dǎo）致（zhì）耐火材料的過度消耗。

耐火材料對（duì）鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量（liàng）的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為（wéi）25%時（shí），鋼中P含量大幅（fú）度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高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：實驗表明（míng），使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次（cì）使（shǐ）用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響（xiǎng）：耐火材料（liào）中的水分以及其中的有（yǒu）機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包（bāo）和中間包係統中使用（yòng）保護套管保護主流（liú）時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包（bāo）烘烤，能有效地降（jiàng）低鋼水（shuǐ）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含量很低，近年（nián）來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解（jiě）對鋼水造成增N。更大的增N量在（zài）鋼包與中間包之間，保（bǎo）護套管（guǎn）非常重要，連鑄的增N點就（jiù）是長水口保護（hù），此處增（zēng）N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜（zá）物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼（gāng）水潔淨（jìng）化的影響（xiǎng），實驗表明：在反應（yīng）30min的情況（kuàng）下（xià），隻有鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料能去除鋼（gāng）水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣（gài）耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可（kě）有效（xiào）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（suān）三（sān）鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成（chéng）保護層，或（huò）者從鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵上剝落下來（lái）上浮至保護渣層（céng）中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高（gāo），吸（xī）附（fù）鋼水中（zhōng）夾雜物的能力（lì）越強（qiáng）。

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含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵（qīn）蝕和滲透能力比較強（qiáng）。燒成白雲石（shí）磚（zhuān）基（jī）質部分致密程度高，較不燒（shāo）白雲石磚具有更好的抗（kàng）高堿度渣侵蝕性。堿度較低的（de）VOD爐（lú）渣對三種磚的侵蝕（shí）和滲透比高堿度渣嚴重得多。相（xiàng）對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕性（xìng）明顯（xiǎn）好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的（de）燒成鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質（zhì）材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕（shí）和滲透能力，這是因為渣與（yǔ）鎂鈣材料作用析（xī）出C3S，使材（cái）料表層致密化而有效抑（yì）製熔渣的滲透。低堿度熔渣（zhā）具有（yǒu）較（jiào）強（qiáng）的侵蝕和滲透能力，主要是熔（róng）渣對基質的強溶蝕並滲透作（zuò）用。

德陽鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要（yào）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，鎂鈣碳（tàn）磚比鎂碳（tàn）磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落（luò）性能越（yuè）好（hǎo），淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗（kàng）渣（zhā）侵蝕和（hé）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的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣（gài）碳磚及（jí）鎂碳（tàn）磚的侵蝕進行（háng）實驗（yàn）。實驗（yàn）結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）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（jiào）輕，是因為在（zài）磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕（shí）損率反（fǎn）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，所以比MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴重。

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

白雲石質耐火（huǒ）材料對潔（jié）淨（jìng）鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有（yǒu）害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬（shǔ）夾雜物不僅數量少，而且（qiě）尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具（jù）有高性（xìng）能、高品質。在（zài）鋼水（shuǐ）從冶煉到精煉的（de）整個過程中（zhōng），耐火材料始終（zhōng）與鋼（gāng）水接觸，一般耐（nài）火材料（liào）對鋼水或多或少總（zǒng）有些汙染，唯有白雲石質（zhì）即（jí）鎂鈣（gài）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。