徐平坤

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

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料（liào），煆燒後的理論（lùn）組成為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為（wéi）1.93。鎂（měi）鈣質耐火材料主（zhǔ）要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂鈣（gài）質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或（huò）電熔的（de）白雲石做原料（liào）的定型或不定形耐火材料；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（liàng）的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能（néng），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（yuè）強，高溫蠕（rú）變越大，抗剝落性能（néng）和（hé）脫硫（liú）、脫磷的效果越（yuè）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（liàn）等熱工（gōng）設（shè）備的不同部位使（shǐ）用（yòng）條件，合理（lǐ）選（xuǎn）擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐火材料對淨（jìng）化（huà）鋼水作用的（de）影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要（yào）求嚴格，需要爐外精（jīng）煉除去鋼中雜質及夾（jiá）雜物以及脫氣、調整化學成分和均（jun1）勻化（huà）等（děng）。鎂鈣質（zhì）耐火材料中（zhōng）的遊離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜（zá）質反應，使（shǐ）其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用（yòng）於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨（jìng）鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨（jìng）化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火（huǒ）材料（liào）消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結（jié）果。

MgO在真空條（tiáo）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（ěr）分數）就可使MgO相（xiàng）對揮發性大（dà）大降（jiàng）低。因此（cǐ），MgO質材料中加入一（yī）定量的CaO製成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在高溫真空條件下使用（yòng）比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的（de）脫S反應中，要使鋼水S含量低（dī），熔渣必須是CaO含量高的（de）高堿度渣（zhā），並且鋼水（shuǐ）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低的耐火材料，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（jīng）煉設備應該（gāi）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含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的（de）鎂鈣質耐火材料（liào）同（tóng）樣也（yě）有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好（hǎo），特別是熔渣中SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或（huò）C3S,形成（chéng）保護（hù）層，從而抑製熔渣（zhā）的（de）滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉（liàn），其H主要來自熔渣或精煉（liàn）設備內襯耐火材料的（de）水分及有機添加物。熱力學分（fèn）析認為：要在1200℃下長期烘烤（kǎo），充分排除（chú）其中的水分，就不存在鋼水中氫（qīng）（H）含量增高（gāo）問題（tí）。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性（xìng）能的影響

耐火材料（liào）對（duì）鋼（gāng）中氧含量的影響：王龍光等（děng）人認為MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力學穩定性高，具有很（hěn）低的氧平衡分（fèn）壓，在鋼水中的溶解度很小，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：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂（měi）鈣質耐火材料的脫（tuō）S效果。結果表明：在1600℃下（xià），反應45min時，脫S效果更好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫S率（lǜ）降低，出現（xiàn）“回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，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化（huà）能力，另一方麵可以避免強還（hái）原條（tiáo）件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對（duì）鋼（gāng）中P含量的影響：匡加才（cái）研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量（liàng）的影響。實驗結（jié）果表明（míng）：當澆注料（liào）中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到（dào）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（cái）料對鋼水碳含量的影響：實驗（yàn）表明，使用含（hán）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C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對（duì）鋼水中的H含量產生顯著（zhe）影響（xiǎng）。連鑄過程中，鋼（gāng）包（bāo）和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有（yǒu）機（jī）粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘（hōng）烤，能（néng）有效地降低鋼水的吸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（guān）注，如Sialon分解對鋼水造（zào）成增N。更（gèng）大的增N量在鋼包與中間包之間，保（bǎo）護套管（guǎn）非常重要，連鑄（zhù）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：田琳（lín）等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼（gāng）鋼水潔（jié）淨化的影響，實驗表明：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。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材（cái）料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可（kě）有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點（diǎn）化合物被吸附（fù）鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料表麵，形成保護層，或者從鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料表麵（miàn）上剝落下來上浮至保護（hù）渣（zhā）層中；在（zài）鎂鈣質耐火材料中的活性（xìng）CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜（zá）物的（de）能力越強。

鎂（měi）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（bú）鏽鋼冶（yě）煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得出，CaO含量高的白（bái）雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比（bǐ）較強。燒成白雲石磚基質（zhì）部分致密程度高，較不燒（shāo）白雲石磚具有更好的（de）抗高堿度渣侵（qīn）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多（duō）。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕性明顯好於（yú）不燒鎂鈣磚，CaO含（hán）量（liàng）高的燒成鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕能力（lì）好於CaO含（hán）量低的鎂鈣（gài）磚（zhuān）。鎂鈣質材料（liào）具有（yǒu）良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效（xiào）抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和（hé）滲透能（néng）力，主（zhǔ）要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作（zuò）用。

撫州（zhōu）鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較燒成（chéng）鎂鈣磚種類複雜。除（chú）具備鎂鈣（gài）磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性（xìng）、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的（de）性能（néng）同時取（qǔ）決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性（xìng）能越好，淨化（huà）鋼（gāng）水（shuǐ）的效果也越好；C含量越高，抗渣（zhā）侵蝕和（hé）抗剝落性能越強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵（qīn）蝕（shí）研究：崔淑賢等人采用煉鋼（gāng）轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別（bié）對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕（shí）進行實驗（yàn）。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（zhuān）產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因（yīn）為在磚（zhuān）的（de）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）損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其（qí）在高溫（wēn）中及被渣（zhā）中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究（jiū）結果（guǒ）表明鎂白雲石碳磚高溫（wēn）抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚（zhuān）中的CaO有利於鋼水的（de）脫O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐（nài）火材料對潔淨鋼（gāng）的影響

潔淨鋼係指鋼中有（yǒu）害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不（bú）僅（jǐn）數量（liàng）少，而且尺寸很小和形態得到（dào）控製，合金元素（sù）成分精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉（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（liào）對鋼水或多或少總（zǒng）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（fēi）金屬夾雜（zá）物，而且不汙染環境。