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（lǜ）與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少（shǎo）地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論（lùn）研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼（gāng）包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白（bái）雲石與鎂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（chéng）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（kuò）白（bái）雲石質耐（nài）火（huǒ）材料（liào）、鎂白雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐（nài）火材料是指（zhǐ）全部用煆燒（shāo）或（huò）電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐（nài）火材料；鎂（měi）白雲石和鎂鈣質耐火材料（liào）是用鎂石與白雲石合成（chéng）的耐火（huǒ）材料。MgO、CaO含量（liàng）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，抗高SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落性能和脫硫、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部位使用條件（jiàn），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、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的遊離CaO，易與鋼水中（zhōng）的S、P等雜質反應，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，鎂鈣質耐火材料也（yě）適合用於冶（yě）煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼（gāng）、特殊鋼（gāng）等設（shè）備（bèi）的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材（cái）料消耗，研究人員對白雲石質（zhì）耐火材料（liào）進行了許多試驗（yàn）研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影響的（de），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質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材（cái）料更合（hé）適。

鋼水中（zhōng）的脫S反應中，要使鋼水S含量（liàng）低，熔渣必（bì）須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量（liàng）盡可（kě）能要低。要（yào）使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐（nài）火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而（ér）CaO的氧勢也（yě）很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料。溫度升（shēng）高不（bú）利於脫P，但（dàn）鋼（gāng）包中采（cǎi）用CaO含量高即（jí）堿度高的熔渣（zhā）有利脫P，因（yīn）此，用（yòng）CaO含量高的（de）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（róng）渣中SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形（xíng）成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量（liàng）的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔（róng）渣或精煉設備內襯耐火（huǒ）材料的水分（fèn）及有機添加物（wù）。熱力學分析認（rèn）為：要在1200℃下長期烘烤，充分（fèn）排除其中的（de）水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料（liào）對鋼中氧含量的影響：王龍（lóng）光等人認為MgO—CaO耐（nài）火（huǒ）材料中的CaO熱力學穩定性高，具（jù）有很低（dī）的氧平衡分壓，在（zài）鋼（gāng）水中的溶解度很小，被（bèi）認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料（liào）對鋼中（zhōng）S的（de）影響：田琳等（děng）人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反（fǎn）應，檢驗鎂鈣（gài）質耐火材料的脫S效果（guǒ）。結（jié）果表明（míng）：在（zài）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“回S”現象。為了使鋼（gāng）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，這樣一方麵可以盡可能降（jiàng）低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可（kě）以避免強還（hái）原（yuán）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含量的（de）影響（xiǎng）：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結（jié）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（dào）0.01%，進一步（bù）提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材（cái）料對鋼（gāng）水碳含量的影響：實驗表明，使（shǐ）用含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（qīng）)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含量產生顯著影響。連鑄過程中（zhōng），鋼包和（hé）中間包係統中使（shǐ）用保護套管保護主流時，有（yǒu）機粘結劑導致吸（xī）H。對鋼包、中間包烘烤（kǎo），能有效地（dì）降低鋼水的吸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（jìn）年來（lái）氮化物在耐火材料中（zhōng）應用受到關注，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（hù）套管（guǎn）非常重要，連鑄的增（zēng）N點就是長水（shuǐ）口保護，此（cǐ）處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中（zhōng）夾雜物的影響（xiǎng）：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材料對管線鋼鋼水潔淨化（huà）的（de）影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻（zhī）有鎂鈣質耐火材料能去（qù）除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性（xìng）耐火材料均使（shǐ）鋼（gāng）水夾雜（zá）物數量增加。Al2O3、SiO2等（děng）夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生（shēng）成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效（xiào）地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下（xià）來上（shàng）浮至保護渣層中；在鎂鈣（gài）質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力（lì）越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采（cǎi）用（yòng）靜態坩堝（guō）法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗（kàng）渣性。試驗結（jié）果得出，CaO含量高的（de）白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白（bái）雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚（zhuān）具有更好的抗高堿（jiǎn）度（dù）渣侵蝕性（xìng）。堿度較低的VOD爐（lú）渣對（duì）三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒（shāo）鎂鈣磚，CaO含（hán）量高的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量（liàng）低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣（zhā）的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與（yǔ）鎂鈣材（cái）料作（zuò）用析出C3S，使材料表層致密（mì）化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔（róng）渣（zhā）對基質的強溶蝕並滲透作用。

浦東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（chéng）鎂鈣磚種類複雜。除具（jù）備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣（gài）碳磚比鎂碳磚具（jù）有更好的真空穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能同時取決於（yú）CaO及C的（de）含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水（shuǐ）的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗侵蝕研究（jiū）：崔淑賢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（měi）碳磚的侵蝕（shí）進（jìn）行實驗。實驗結果表明：初期渣（zhā）MgO—C磚（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因（yīn）為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最（zuì）嚴重（chóng）；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界（jiè）麵上產生了C2S保（bǎo）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%，因為其在高溫中及被渣中（zhōng）∑FeO溶解（jiě），所以比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研（yán）究（jiū）結（jié）果表（biǎo）明（míng）鎂白雲石碳磚高溫抗（kàng）氧化性（xìng）和熱震穩定性好（hǎo），抗（kàng）酸性熔渣能力強；而且磚（zhuān）中的CaO有利於鋼水的脫O、脫（tuō）S、脫P等，適合冶（yě）煉鋼（gāng）的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼（gāng）中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾（jiá）雜物不僅數量少，而且尺寸很小和（hé）形態得到控製（zhì），合金元素成分精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材具（jù）有高（gāo）性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的（de）整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料（liào）對鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有白雲石質即鎂（měi）鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非（fēi）金屬（shǔ）夾雜物，而且不汙染環境。