徐平坤

以前，從（cóng）煉（liàn）鋼工藝的角度（dù）研究提（tí）高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材料對（duì）鋼水的淨（jìng）化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐（nài）火材（cái）料的理論研究和實際試驗，得出鎂（měi）鈣質材料不但（dàn）不汙染（rǎn）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（wài）精煉裝置中應用日（rì）益增加。

白雲（yún）石與鎂鈣質（zhì）耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的（de）理論組成為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲（yún）石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料。

其中，白（bái）雲石質耐火材料是（shì）指（zhǐ）全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂（měi）白雲石和鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）是用鎂石與白雲石合成的耐火材料（liào）。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（huà）能（néng）力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔（róng）渣（zhā）的能力越強，高溫（wēn）蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根（gēn）據（jù）爐外精煉等熱（rè）工設備的不同部位使（shǐ）用條件，合理選擇（zé）鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）火材料對淨化鋼水作用（yòng）的（de）影響

潔淨鋼、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（yào）求嚴格，需（xū）要爐外精煉除去鋼中雜質及夾（jiá）雜物以（yǐ）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（lí）CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有（yǒu）除去雜質、淨化（huà）鋼水的功能。由於CaO的氧勢（shì）很低，鎂鈣質耐（nài）火材料也適合用於冶煉低氧鋼（gāng），是爐外精煉冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火（huǒ）材料。近年來（lái），為了淨（jìng）化鋼水、延長爐襯壽（shòu）命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質（zhì）耐火（huǒ）材料進行了許多試驗研究，取（qǔ）得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數（shù））就可使MgO相對揮發性大大降低。因此（cǐ），MgO質材料中加入（rù）一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火（huǒ）材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要（yào）使鋼水（shuǐ）S含（hán）量低，熔渣必（bì）須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水（shuǐ）中溶（róng）解的O含量盡可能要低。要使O含量（liàng）低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與（yǔ）Ca在高溫下以氣態存（cún）在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的（de）氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火（huǒ）材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采（cǎi）用（yòng）CaO含（hán）量高即堿度高的熔渣有（yǒu）利（lì）脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的熱震穩（wěn）定性高、抗渣滲透性好，特（tè）別是（shì）熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火（huǒ）材料中的CaO反應生成高熔點化合物（wù）C2S或C3S,形成保護層，從（cóng）而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采（cǎi）用真空精煉（liàn），其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材（cái）料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充（chōng）分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含（hán）量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐（nài）火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火（huǒ）材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分（fèn）壓，在（zài）鋼水中（zhōng）的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人（rén）試驗研究（jiū）鎂（měi）鈣磚與鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應（yīng）45min時（shí），脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低（dī），出現“回S”現（xiàn）象。為了使鋼包獲得有效的脫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火材料的過度（dù）消耗。

耐火材料對鋼中P含（hán）量的影響：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（míng）：當澆注料中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含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水（shuǐ）碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增（zēng）C。

耐火材料對鋼中H(氫)含（hán）量的影響：耐火材料（liào）中（zhōng）的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中，鋼包和（hé）中間包係統中使用保護套管保護主流時（shí），有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中（zhōng）間（jiān）包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳統（tǒng）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分解對（duì）鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包（bāo）與中間包之間，保（bǎo）護套管（guǎn）非常重要，連鑄的增N點就是長水口（kǒu）保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）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（nài）火材料（liào）對管線鋼鋼（gāng）水潔淨化的影（yǐng）響，實驗表明：在反應30min的情況（kuàng）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量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點（diǎn）約為1400℃左右，可有效地去除鋼（gāng）中Al2O3夾雜物。CaO與（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔（róng）點化（huà）合物被吸附（fù）鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或（huò）者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐（nài）火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜（zá）物的能力越強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料的抗（kàng）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。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣（zhā）侵蝕和（hé）滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度（dù）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（de）侵蝕（shí）和滲（shèn）透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒（shāo）成鎂（měi）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（liào）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（wéi）渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣（zhā）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。

大同鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研（yán）究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒成（chéng）鎂鈣（gài）磚種（zhǒng）類複雜。除具（jù）備鎂鈣磚（zhuān）的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好（hǎo）的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼（gāng）水的（de）效果（guǒ）也（yě）越好；C含量越高，抗渣（zhā）侵蝕和抗剝落性（xìng）能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗侵（qīn）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碳磚及（jí）鎂碳磚的侵蝕進（jìn）行實驗。實驗結果表明：初（chū）期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因（yīn）為MgO—C磚產（chǎn）生結構（gòu）剝落，蝕損最嚴（yán）重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是（shì）因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可（kě）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（wēn）中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫（sūn）惠章（zhāng）等人研（yán）究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔（róng）渣能力強；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（lú）爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的（de）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（chǐ）寸很小和（hé）形態得到控製（zhì），合（hé）金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高（gāo）性能、高品質。在（zài）鋼（gāng）水（shuǐ）從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始（shǐ）終與鋼水接觸，一般耐火材料（liào）對鋼水或多（duō）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（zhōng）的非金屬夾雜（zá）物，而且不汙染環境。