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（kǎo）慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總（zǒng）是認為耐火材料（liào）或多或少地會對（duì）鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料（liào）的理論研究和實際試驗，得出（chū）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（rǎn）環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼包（bāo）等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂（měi）鈣質耐火材料的特征

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

其中，白雲石質耐火材料是指全部（bù）用煆（duàn）燒或電熔的白雲石（shí）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（cái）料是用（yòng）鎂石與白雲（yún）石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影（yǐng）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（hé）抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強（qiáng），高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷（lín）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部（bù）位使用（yòng）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（nài）火材料對淨化鋼（gāng）水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元（yuán）素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求（qiú）嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫（tuō）氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的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（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材（cái）料也適合（hé）用於冶煉低氧鋼，是（shì）爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材（cái）料。近年來（lái），為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許（xǔ）多（duō）試驗研究，取得了很好（hǎo）的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中（zhōng）加入一定量的CaO製成MgO—CaO質（zhì）耐火材料，在高溫真空條（tiáo）件下使用比純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，熔渣（zhā）必須是CaO含（hán）量高的高堿度渣（zhā），並且鋼水中溶解的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（shuǐ）中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，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（dàn）鋼包中（zhōng）采用CaO含量高即堿（jiǎn）度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護（hù）層，從而（ér）抑製熔渣的滲透。

關於H含（hán）量的問題，采用真空（kōng）精煉，其H主要（yào）來自熔渣或（huò）精煉設備內襯耐火材料的水分及有（yǒu）機添加物。熱力學分析（xī）認（rèn）為：要在1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充（chōng）分排除（chú）其（qí）中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質（zhì）耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡（héng）分壓，在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，被認為是（shì）防止（zhǐ）鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳（lín）等人（rén）試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料的（de）脫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70.12%；超過（guò）45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果（guǒ），使用白雲（yún）石質鋼包內襯是很必要的，這（zhè）樣一（yī）方麵（miàn）可以盡可能降低鋼包內襯（chèn）的再氧化能力，另一方麵（miàn）可以避免強還原條件下鋼包（bāo）渣導致耐火材料的（de）過度消耗。

耐火材料對鋼（gāng）中（zhōng）P含量的影響：匡加才（cái）研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步（bù）提（tí）高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的（de）影響：實（shí）驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品（pǐn）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（de）影響：耐火材料中的（de）水分以及其中的有（yǒu）機粘結劑會（huì）對鋼水（shuǐ）中的H含（hán）量產生顯著影響。連（lián）鑄過程（chéng）中，鋼包和中間包（bāo）係統中使用（yòng）保護套管保護主流時，有機粘（zhān）結（jié）劑（jì）導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能（néng）有效（xiào）地降（jiàng）低鋼水的吸H量。

耐火材料（liào）對（duì）鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐（nài）火材料N含量很低，近年來氮化（huà）物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造（zào）成增N。更大的增N量在（zài）鋼包（bāo）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（zēng）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、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材料對管線鋼（gāng）鋼水潔（jié）淨化的（de）影響，實驗（yàn）表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水（shuǐ）中的夾雜物，其餘的堿（jiǎn）性耐（nài）火（huǒ）材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與鎂（měi）鈣耐火（huǒ）材料（liào）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，可有效地去除鋼中Al2O3夾（jiá）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（wù）被吸附（fù）鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從（cóng）鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護（hù）渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物的能力越（yuè）強。

鎂鈣質耐火材料的抗（kàng）侵蝕性能（néng）：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（zhuān）的抗渣（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（jī）質部分致（zhì）密程度高，較不燒白雲石（shí）磚具（jù）有更好（hǎo）的抗高堿度渣侵蝕性（xìng）。堿度較低的（de）VOD爐渣對三種磚的侵（qīn）蝕和滲透比（bǐ）高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明顯好（hǎo）於不燒鎂（měi）鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含（hán）量低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質（zhì）材料具有良好（hǎo）的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與（yǔ）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（róng）渣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。

閔行鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的（de）研究

鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成鎂鈣磚種類（lèi）複雜（zá）。除具（jù）備鎂鈣磚的（de）特性外，鎂鈣碳（tàn）磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、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，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗（kàng）渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用（yòng）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（zhuān）的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為（wéi）MgO—C磚產生結構剝落，蝕損（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕（qīng），是因（yīn）為在（zài）磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中（zhōng）期渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明（míng）鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性（xìng）熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水（shuǐ）的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼（gāng）的電（diàn）爐爐襯。

白雲石質耐（nài）火材料對潔（jié）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（fēi）金屬夾（jiá）雜物不僅數量少（shǎo），而且尺寸很小和（hé）形態得到控製，合金元（yuán）素（sù）成分精準並且分布均勻，使鋼材具（jù）有（yǒu）高（gāo）性能（néng）、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（nài）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（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。