徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮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（duō）或少地（dì）會對鋼水產生汙（wū）染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐（nài）火材料的理論研究和（hé）實際試驗（yàn），得出鎂鈣質材料不但不（bú）汙染鋼水，反而（ér）能淨化鋼水，並且也不汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐（lú）外精煉裝置（zhì）中應（yīng）用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征（zhēng）

白雲石（shí）（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦物原料，煆（duàn）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耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火（huǒ）材料。

其中，白雲石質耐火（huǒ）材料是指全部用煆燒或（huò）電熔（róng）的白雲（yún）石做原（yuán）料的定型或不定形（xíng）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（pǐn）的高溫使用性能，MgO含量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高（gāo）SiO2熔渣（zhā）的能力（lì）越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越（yuè）好，但抗（kàng）水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差（chà）。因（yīn）此，應該根據（jù）爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐火材料對淨（jìng）化鋼（gāng）水（shuǐ）作用的影響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼等對鋼中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等（děng）元素（sù）及（jí）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（qì）、調（diào）整化學（xué）成分和均勻化等。鎂（měi）鈣（gài）質耐火（huǒ）材料（liào）中的（de）遊離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜質反應（yīng），使（shǐ）其轉移到（dào）爐（lú）渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的（de）氧勢很（hěn）低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧（yǎng）鋼（gāng），是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的（de）耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料（liào）消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發性（xìng）是有影響的，含（hán）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（zhēn）空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫（tuō）S反應中，要（yào）使鋼水S含量低，熔渣（zhā）必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶（róng）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的耐火材料，Mg與（yǔ）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（hěn）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（dàn）鋼包中（zhōng）采用CaO含（hán）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（gài）質（zhì）耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透（tòu）性好，特別是熔渣中SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高（gāo）熔點化合物C2S或C3S,形成保（bǎo）護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於（yú）H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精（jīng）煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加（jiā）物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期（qī）烘烤（kǎo），充分排除其（qí）中的水（shuǐ）分，就不存（cún）在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐（nài）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：王龍光等人（rén）認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定（dìng）性高，具有很（hěn）低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度（dù）很小，被認為（wéi）是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中（zhōng）S的影響：田琳等（děng）人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反（fǎn）應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出現“回（huí）S”現象。為了使（shǐ）鋼包獲得有效的脫S效果，使（shǐ）用白雲石（shí）質鋼（gāng）包內襯是很必要的，這樣一方（fāng）麵（miàn）可以盡可能（néng）降低鋼包內襯的再（zài）氧化能力，另一方麵可以避免強（qiáng）還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗（hào）。

耐火材料對鋼（gāng）中P含量的影（yǐng）響：匡（kuāng）加才研究MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼中P含量的（de）影響。實驗結果表（biǎo）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%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅（jǐn）有（yǒu）小幅度降低。

耐火（huǒ）材料對鋼水碳含量的（de）影響：實驗表明，使用含C耐火材（cái）料，鋼水顯著增C，當同一（yī）製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微（wēi）增C。

耐火材料（liào）對鋼中H(氫)含量的影響：耐（nài）火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會（huì）對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過（guò）程中，鋼包和中間（jiān）包係統中使用保護套管保護主流（liú）時，有（yǒu）機粘結劑導致（zhì）吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含（hán）量的影響（xiǎng）：傳統耐火材料N含量很低（dī），近年來氮化物在耐火材料中（zhōng）應用受到（dào）關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的（de）增N量在鋼包與中間包之間，保護（hù）套（tào）管非常重要，連鑄的增N點就是（shì）長（zhǎng）水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水（shuǐ）中夾（jiá）雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實驗（yàn）表（biǎo）明：在反應（yīng）30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中（zhōng）的夾雜物（wù），其餘（yú）的堿性耐火（huǒ）材料均使鋼水（shuǐ）夾（jiá）雜物（wù）數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等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（yuē）為1400℃左右，可有效地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料（liào）表麵上剝落下來（lái）上浮至保護渣層中；在鎂鈣質（zhì）耐火材料中的活性CaO含量（liàng）越（yuè）高，吸（xī）附鋼水（shuǐ）中（zhōng）夾雜物的能力（lì）越（yuè）強。

鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜（jìng）態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結（jié）果得（dé）出，CaO含量高（gāo）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（yún）石磚基質（zhì）部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較（jiào）低的VOD爐渣對（duì）三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒（shāo）成（chéng）的鎂（měi）鈣磚（zhuān）抵抗（kàng）低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（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔（róng）渣的侵蝕和滲透（tòu）能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用（yòng）析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲（shèn）透。低堿度熔渣具有較強的侵（qīn）蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

上海鎂磚（zhuān）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（měi）鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣（gài）磚的特性外，鎂鈣碳磚比（bǐ）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（hán）量越（yuè）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（zhā）分別對鎂鈣碳磚及（jí）鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生（shēng）結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為（wéi）在磚的界麵上產（chǎn）生了C2S保護層；可是（shì）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（jí）被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結（jié）果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱（rè）震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚（zhuān）中（zhōng）的CaO有利於鋼水的（de）脫O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉（liàn）鋼的電爐爐襯。

白（bái）雲石（shí）質耐火材料對潔淨（jìng）鋼的影響

潔（jié）淨鋼係（xì）指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非（fēi）常少，非金屬夾（jiá）雜物不僅數（shù）量少，而且尺（chǐ）寸很小和形態得到控製（zhì），合金元素成分（fèn）精準並且分布均勻，使（shǐ）鋼材具有高性能、高品質。在鋼水（shuǐ）從冶煉到精煉的整個過（guò）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（duō）或少總有些汙（wū）染（rǎn），唯有白雲石質即（jí）鎂鈣質耐火材料能（néng）淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。