徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐（nài）火（huǒ）材料對鋼（gāng）水（shuǐ）的淨化作（zuò）用，總是認為（wéi）耐火材料或多或少地（dì）會對鋼水產生汙染。可是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實（shí）際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝（zhuāng）置中應用（yòng）日益增加（jiā）。

白雲石（shí）與鎂鈣（gài）質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦物原料，煆燒後的（de）理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火（huǒ）材料主要包括白雲石（shí）質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）。

其中，白雲（yún）石質耐火材料是指全部用（yòng）煆燒或電熔的白（bái）雲石做原料的定型或不定（dìng）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含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用（yòng）性能，MgO含量（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗（kàng）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（biàn）越大，抗剝落（luò）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（tóng）部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼（gāng）、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去（qù）鋼中雜質及夾雜物（wù）以及脫氣、調整化學成分和均（jun1）勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易（yì）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（qù）雜質、淨化鋼水的（de）功能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂（měi）鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶（yě）煉潔淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊鋼等設備的耐（nài）火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯（chèn）壽命、降低耐火材料消耗，研究人員（yuán）對白雲石質耐火材料進（jìn）行（háng）了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易（yì）揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低（dī）。因（yīn）此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在高溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐火材料（liào）更合適。

鋼水中的脫S反應中，要（yào）使（shǐ）鋼水S含（hán）量低，熔渣必須是CaO含量高的（de）高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低（dī）。要使O含量低，就要選（xuǎn）擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與（yǔ）Ca在高溫下（xià）以氣態存在（zài），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（xuǎn）用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中（zhōng）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）鈣質耐火材（cái）料同樣也有利脫P。

鎂鈣（gài）質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點（diǎn）化合物C2S或C3S,形成（chéng）保（bǎo）護層，從而抑製熔渣的滲透（tòu）。

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

鎂鈣質耐火材料對（duì）鋼水（shuǐ）性（xìng）能的影響

耐火材料對（duì）鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有（yǒu）很低的氧平衡分壓（yā），在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），被認為是防（fáng）止鋼水（shuǐ）增氧的有效材料。

耐（nài）火材料對鋼中（zhōng）S的影響：田琳等人試（shì）驗（yàn）研究鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果（guǒ）。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率（lǜ）達70.12%；超過45min，脫S率（lǜ）降低，出現（xiàn）“回（huí）S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲（yún）石質鋼包內襯是很必要的，這（zhè）樣一方麵可（kě）以盡（jìn）可能降低鋼（gāng）包內襯的再氧（yǎng）化能力，另一（yī）方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含（hán）量的影響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質澆（jiāo）注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料（liào）中w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含量大幅度降低，由原始（shǐ）的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量（liàng）僅有小幅度（dù）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（nài）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（bāo）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（gāng）包（bāo）、中（zhōng）間包烘烤，能有（yǒu）效地降低鋼水的（de）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（nài）火材（cái）料（liào）中應用受到關注，如Sialon分（fèn）解對鋼水造成增N。更大的增N量（liàng）在（zài）鋼包與中間包之間，保護套管（guǎn）非常重（chóng）要，連（lián）鑄的（de）增N點就是長（zhǎng）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（de）影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對（duì）管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影（yǐng）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（jun1）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（fǎn）應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高（gāo）熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層（céng），或者從鎂鈣（gài）質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保（bǎo）護渣層中；在（zài）鎂鈣質（zhì）耐火材料中的活（huó）性CaO含量越高，吸附鋼水（shuǐ）中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義（yì）兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂鈣磚的（de）抗渣（zhā）性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更（gèng）好的抗高堿度（dù）渣侵蝕性（xìng）。堿度較低的VOD爐渣（zhā）對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成（chéng）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（liào）具有良好的抵抗高堿度熔（róng）渣的侵蝕和（hé）滲透能力，這是因為渣與鎂鈣（gài）材料作用析出C3S，使材料表（biǎo）層（céng）致密化而有（yǒu）效抑製熔渣的滲透。低堿度熔（róng）渣（zhā）具有（yǒu）較強的侵蝕（shí）和滲透能力，主要是（shì）熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透作用。

廣州鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚（zhuān）種類複雜。除具（jù）備鎂鈣（gài）磚的（de）特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱（rè）震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研究：崔（cuī）淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別（bié）對鎂（měi）鈣碳磚及鎂碳磚的（de）侵蝕進行實（shí）驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落（luò），蝕損最嚴重（chóng）；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因（yīn）為（wéi）在磚的界麵上產生了C2S保護層（céng）；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分（fèn）別（bié）比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重（chóng）。

孫惠（huì）章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震（zhèn）穩定性好，抗酸（suān）性熔渣能力強；而且（qiě）磚（zhuān）中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等（děng），適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影（yǐng）響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金屬夾雜物不（bú）僅數量少，而且尺（chǐ）寸很小和形態得到控製，合金元（yuán）素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性（xìng）能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐（nài）火材料對鋼水或多或少總有些（xiē）汙染，唯有白雲石質即（jí）鎂鈣質（zhì）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。