徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純（chún）淨度，沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐（nài）火材料對鋼水的淨化（huà）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（yún）石質（鎂（měi）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（bú）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置中應用日益增加（jiā）。

白雲石與鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）的特征

白雲石（shí）（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆（duàn）燒（shāo）後的理論（lùn）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（nài）火材料、鎂白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂鈣質耐火材料。

其（qí）中，白雲石（shí）質耐火材料是（shì）指全部用煆燒或電熔的白（bái）雲石（shí）做（zuò）原（yuán）料的定型或不定形（xíng）耐火材料；鎂白雲石和鎂（měi）鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成（chéng）的（de）耐火材料。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（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和抗水化能力越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強（qiáng），高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落性能和脫硫、脫（tuō）磷的效果越好（hǎo），但抗（kàng）水化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據（jù）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）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨（jìng）化鋼水作用的影響（xiǎng）

潔淨鋼、特殊鋼等對（duì）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（yào）爐外精（jīng）煉（liàn）除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化（huà）學成分和均勻化（huà）等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜質反應，使其（qí）轉移到（dào）爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼（gāng）水的（de）功能。由（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料也適合用於冶煉低（dī）氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料（liào）。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽（shòu）命、降低耐（nài）火材料消耗，研究人員對白（bái）雲（yún）石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了（le）很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮（huī）發（fā）性是（shì）有影響（xiǎng）的，含有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因（yīn）此（cǐ），MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條（tiáo）件下使用（yòng）比純MgO質耐火材料更合適（shì）。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量（liàng）低，熔渣必須（xū）是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量（liàng）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（wēn）下以氣態存在，在鋼（gāng）水中的溶（róng）解度很小，而CaO的氧勢也很小（xiǎo），因此（cǐ），精煉設備應該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（gāo）即（jí）堿度高的熔渣有利（lì）脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質（zhì）耐火材料同樣（yàng）也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩（wěn）定性高、抗渣滲透性好（hǎo），特別是（shì）熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的（de）CaO反應生（shēng）成高（gāo）熔點（diǎn）化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於（yú）H含量（liàng）的問題，采（cǎi）用真空（kōng）精煉，其（qí）H主要來自熔（róng）渣或精煉設備內襯耐火材料的（de）水分（fèn）及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除（chú）其中的水（shuǐ）分，就不存在鋼水中氫（H）含量增（zēng）高（gāo）問題。

鎂（měi）鈣質耐火材料對鋼水（shuǐ）性（xìng）能的（de）影響

耐火材料對鋼（gāng）中氧含量的影響：王龍光等（děng）人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止（zhǐ）鋼水增氧（yǎng）的有效（xiào）材（cái）料。

耐火材料（liào）對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣（gài）磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯（chèn）是很（hěn）必要的，這樣一方麵（miàn）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（qiáng）還原（yuán）條（tiáo）件下鋼包渣導致耐火材料（liào）的過度消耗（hào）。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料（liào）對鋼（gāng）中（zhōng）P含量的（de）影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度（dù）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。

耐火材料對鋼水碳含量的影（yǐng）響：實驗表（biǎo）明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第（dì）二次（cì）使用時，鋼（gāng）水僅發生輕微增C。

耐火材（cái）料對鋼中H(氫)含量的（de）影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水（shuǐ）中的H含量產（chǎn）生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和（hé）中間（jiān）包（bāo）係（xì）統中（zhōng）使用保護（hù）套管保護主流時，有機粘結劑導致吸（xī）H。對（duì）鋼（gāng）包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐（nài）火材料對鋼（gāng）中N(氮（dàn）)含量的影（yǐng）響：傳統耐（nài）火材料N含量很（hěn）低，近年來（lái）氮化物在耐火材料中應（yīng）用受到（dào）關注，如Sialon分解對鋼水造成增（zēng）N。更大的增（zēng）N量在鋼包與中（zhōng）間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就（jiù）是長水口保護，此處（chù）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（lín）等人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻（gè）耐火材（cái）料對管線（xiàn）鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的（de）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（wù）數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反（fǎn）應，如CaO與Al2O3反應（yīng）生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合物，熔點約（yuē）為（wéi）1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附（fù）鎂鈣質耐火材料表麵，形（xíng）成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮（fú）至保護渣層中（zhōng）；在（zài）鎂鈣質耐火材料（liào）中的活性CaO含量（liàng）越高，吸附鋼水（shuǐ）中夾雜物的能（néng）力越強。

鎂鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等人（rén）采（cǎi）用靜態坩堝法研究（jiū）3種不鏽（xiù）鋼（gāng）冶煉用鎂鈣磚的抗（kàng）渣性。試（shì）驗結果得（dé）出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲（shèn）透能力比較強。燒成（chéng）白雲石磚（zhuān）基質（zhì）部分（fèn）致密程度（dù）高，較（jiào）不燒白雲石磚具有（yǒu）更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的（de）VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比（bǐ）高堿度（dù）渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣（gài）質材（cái）料具有良好的抵抗高堿度熔（róng）渣（zhā）的侵蝕（shí）和滲透能力（lì），這是因為渣與鎂鈣材料作用（yòng）析出C3S，使材料表（biǎo）層致密化而有效（xiào）抑製（zhì）熔（róng）渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是熔渣對基（jī）質的強溶蝕並滲透作用。

海北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磚較燒成鎂鈣磚種類複雜（zá）。除具（jù）備（bèi）鎂鈣磚的特（tè）性外，鎂鈣碳（tàn）磚比鎂碳（tàn）磚具有更好（hǎo）的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的（de）性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝落性（xìng）能（néng）越好，淨化（huà）鋼水的效果也越好；C含量越高，抗（kàng）渣侵蝕和抗（kàng）剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等（děng）人采用煉鋼轉爐的初期渣、中（zhōng）期渣和終期渣分別對（duì）鎂鈣碳磚及鎂碳（tàn）磚的侵蝕進行實驗。實驗結果（guǒ）表明：初期（qī）渣MgO—C磚蝕損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較輕，是因（yīn）為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為（wéi）其在高溫中（zhōng）及被渣中∑FeO溶（róng）解，所（suǒ）以比MgO—C磚侵（qīn）蝕嚴重。

孫惠章（zhāng）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（xìng）好，抗酸性熔渣（zhā）能（néng）力（lì）強；而且磚中的（de）CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉（liàn）鋼（gāng）的電爐爐（lú）襯。

白雲石質耐火材（cái）料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼（gāng）係指鋼中有害成分（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（hé）金元素成分（fèn）精（jīng）準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高（gāo）品質（zhì）。在鋼（gāng）水從冶煉到精煉的整（zhěng）個過程中，耐火材（cái）料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有（yǒu）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，而且不汙染環境。