徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼（gāng）的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的（de）耐（nài）火材料（liào）對鋼水（shuǐ）的淨化作（zuò）用，總是認為耐（nài）火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通（tōng）過對白（bái）雲石（shí）質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣（gài）質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精（jīng）煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材（cái）料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成為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石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆（duàn）燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材（cái）料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材（cái）料是用鎂石與白雲石合（hé）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能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣（zhā）的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和（hé）脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越（yuè）差。因此，應該（gāi）根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂（měi）鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼（gāng）水作用的影響

潔淨鋼（gāng）、特殊鋼等（děng）對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜（zá）物的含量（liàng）要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質（zhì）及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低（dī），鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的（de）耐火（huǒ）材料。近（jìn）年（nián）來，為了（le）淨化鋼水、延長爐（lú）襯壽命（mìng）、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行（háng）了（le）許多試驗研究，取得了很（hěn）好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是（shì）有（yǒu）影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大（dà）降低。因此，MgO質材（cái）料中加（jiā）入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下（xià）使用比純MgO質耐（nài）火材料更合適。

鋼水中的脫（tuō）S反應中，要使鋼水S含量低，熔（róng）渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含（hán）量低，就要選擇氧勢盡可能低（dī）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（yīng）該選用鎂鈣質耐火（huǒ）材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中（zhōng）采用CaO含量高即堿度高的熔（róng）渣有利脫P，因此（cǐ），用CaO含（hán）量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

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

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內（nèi）襯（chèn）耐火材料的水分及有機添加（jiā）物。熱力學分析認為：要在（zài）1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在（zài）鋼水中氫（H）含量增高問題（tí）。

鎂鈣質耐火材料對（duì）鋼水性能的影響（xiǎng）

耐火（huǒ）材料對（duì）鋼中氧含（hán）量的影響：王龍（lóng）光等人認為MgO—CaO耐火材料中（zhōng）的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓（yā），在鋼（gāng）水中的溶解度很小，被認為是防止（zhǐ）鋼水增（zēng）氧的有效材料。

耐火（huǒ）材料對鋼中S的（de）影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反（fǎn）應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果（guǒ）表明：在1600℃下，反（fǎn）應45min時，脫S效果更（gèng）好（hǎo），脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石（shí）質鋼包內襯是很必要的，這樣（yàng）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（miàn）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（zhōng）P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中（zhōng）P含量的影響。實驗結果表明：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（dào）0.01%，進一步提高（gāo）CaO含（hán）量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐（nài）火材料（liào）對（duì）鋼（gāng）水碳含量的影響：實驗表明，使用含（hán）C耐火材料，鋼水顯著增C，當同（tóng）一（yī）製品第二次使用（yòng）時，鋼水僅發生輕（qīng）微增C。

耐火材料對鋼中（zhōng）H(氫)含量的（de）影（yǐng）響：耐火材料中的水（shuǐ）分以及其中的有機粘結劑會對鋼水（shuǐ）中的H含量產生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘（zhān）結劑（jì）導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降（jiàng）低鋼（gāng）水的吸（xī）H量（liàng）。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量（liàng）很低，近年來氮（dàn）化物在耐火材料中應（yīng）用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增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：田琳等人研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明（míng）：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（jiá）雜物，其（qí）餘的堿性耐火材料（liào）均使鋼水夾雜物數量增加（jiā）。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（hé）物，熔點約為1400℃左右，可有效地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點化合（hé）物被吸附（fù）鎂鈣質耐火材料表麵，形成保（bǎo）護層，或者從（cóng）鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣（zhā）層中；在鎂鈣質耐火材料中的（de）活（huó）性CaO含量越高，吸附鋼水中（zhōng）夾雜物的能力越（yuè）強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵（qīn）蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法（fǎ）研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚（zhuān）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渣侵蝕和滲透能力比較強。燒（shāo）成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿（jiǎn）度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和（hé）滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而（ér）言，燒成（chéng）的鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材料具有良好（hǎo）的抵抗高堿度熔渣的侵（qīn）蝕（shí）和滲透能力，這（zhè）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抑製（zhì）熔渣的滲透。低（dī）堿度熔渣（zhā）具有（yǒu）較強的侵（qīn）蝕和滲（shèn）透（tòu）能力，主要是熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透作用（yòng）。

來賓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（xìng）能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚種（zhǒng）類複雜。除具備（bèi）鎂（měi）鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好的真空穩定（dìng）性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取（qǔ）決（jué）於CaO及C的含量。CaO含（hán）量越高，抗剝落性（xìng）能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵（qīn）蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢（xián）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鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果（guǒ）表明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚（zhuān）產（chǎn）生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產（chǎn）生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率（lǜ）反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）中及被（bèi）渣中∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴重（chóng）。

孫惠（huì）章等人研究結果表（biǎo）明鎂白雲石碳磚（zhuān）高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣（zhā）能力強（qiáng）；而且磚中的CaO有利於（yú）鋼水的脫O、脫S、脫P等，適（shì）合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔（jié）淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數（shù）量少，而（ér）且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，使鋼材具有高性能、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（yī）般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染（rǎn）環（huán）境。