徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究（jiū）提高鋼的純淨度，沒有考（kǎo）慮（lǜ）與鋼水直（zhí）接接觸的耐火材料對（duì）鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和（hé）實（shí）際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中（zhōng）應用日益（yì）增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

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%，比值為1.93。鎂（měi）鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐（nài）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（shì）指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定（dìng）型或不定形耐火材（cái）料；鎂白雲石和（hé）鎂鈣質耐火材（cái）料是用鎂石（shí）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（zhì）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（néng）力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗（kàng）水化（huà）和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差（chà）。因此，應該根（gēn）據（jù）爐外精煉等熱工（gōng）設備的不同部位使用（yòng）條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼（gāng）等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精（jīng）煉除去鋼中雜質及夾雜物以（yǐ）及脫氣（qì）、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（gāng）水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐（lú）渣中，具有（yǒu）除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材料也適合（hé）用於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼、特殊鋼等（děng）設備的耐火材料。近年來，為（wéi）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（le）許多試驗研究，取（qǔ）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（yǐng）響的（de），含有10%～20%CaO（摩爾分數）就（jiù）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（huǒ）材料，在（zài）高溫真空條件下使用比純MgO質耐（nài）火材料更合適。

鋼水中的脫S反應（yīng）中，要使鋼（gāng）水S含量低，熔渣必須是CaO含（hán）量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要（yào）低。要使O含量低，就要（yào）選擇氧勢盡可能低的耐火材料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解（jiě）度很小，而（ér）CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應（yīng）該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高（gāo）不利於脫（tuō）P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材（cái）料同樣也有利脫P。

鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料的熱震（zhèn）穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐（nài）火材料中的CaO反應生成高熔點化合（hé）物C2S或（huò）C3S,形成保護層，從而抑製熔（róng）渣的滲透。

關於H含量（liàng）的問（wèn）題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下（xià）長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（qīng）（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的（de）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（jù）有（yǒu）很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被（bèi）認為是防止鋼水增氧的（de）有效材料。

耐火（huǒ）材料對鋼中（zhōng）S的影響：田琳等人（rén）試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反（fǎn）應（yīng），檢驗鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料的脫（tuō）S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了（le）使鋼包（bāo）獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包（bāo）內襯是很必要的，這（zhè）樣一方麵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（miǎn）強還原（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含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明（míng）：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（hán）量僅有小幅度降低。

耐火材（cái）料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著（zhe）增C，當同一製品第二（èr）次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼（gāng）中H(氫)含（hán）量的影響：耐（nài）火材料中的水分以及其中的有機粘（zhān）結劑會對鋼水中（zhōng）的H含量產生顯著影響。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，有機粘結劑（jì）導致吸H。對鋼包、中（zhōng）間包烘烤，能（néng）有效地降低鋼水的（de）吸H量。

耐火材（cái）料（liào）對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增（zēng）N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常（cháng）重要，連鑄的增N點就是長（zhǎng）水口保護，此處（chù）增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對（duì）鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了（le）鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂（měi）鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔（jié）淨化的影響（xiǎng），實驗表明：在反（fǎn）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，其餘的堿性耐火材（cái）料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）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（diǎn）約為1400℃左右（yòu），可有效（xiào）地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣（gài）)高（gāo）熔點化合物被吸附鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）表麵，形成保護（hù）層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的活性CaO含量（liàng）越高，吸附鋼水中（zhōng）夾雜物的能力（lì）越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵（qīn）蝕（shí）性能：梁義兵等人（rén）采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。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。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具（jù）有（yǒu）更好（hǎo）的抗高（gāo）堿度渣侵蝕（shí）性。堿（jiǎn）度較低的VOD爐渣對三種（zhǒng）磚（zhuān）的侵蝕和滲透比高（gāo）堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成（chéng）的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明（míng）顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含（hán）量高的燒成鎂鈣磚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（kàng）高堿度熔渣的（de）侵蝕和滲透能力（lì），這是因為渣（zhā）與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表（biǎo）層致密化而有效抑製熔渣的（de）滲（shèn）透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主（zhǔ）要（yào）是熔渣（zhā）對基質的強溶蝕（shí）並滲透作用。

四川鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及抗侵（qīn）蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳（tàn）磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較燒成（chéng）鎂鈣（gài）磚種類複雜。除具（jù）備鎂（měi）鈣磚的特性外（wài），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含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量（liàng）越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵（qīn）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（tàn）磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕（shí）損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高（gāo）7.3%，是因（yīn）為MgO—C磚產（chǎn）生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較輕（qīng），是因（yīn）為在磚的界麵上產（chǎn）生（shēng）了C2S保護層（céng）；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（zhōng）及被（bèi）渣中∑FeO溶（róng）解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研（yán）究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能（néng）力強；而且磚（zhuān）中的CaO有利於（yú）鋼水的脫（tuō）O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質（zhì）耐火材料對潔淨（jìng）鋼的（de）影響（xiǎng）

潔淨鋼係指鋼中（zhōng）有（yǒu）害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到（dào）控製，合金元素（sù）成（chéng）分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在（zài）鋼水從冶煉到精煉的整（zhěng）個過程中，耐（nài）火材料始（shǐ）終與鋼水接（jiē）觸，一般耐火材料對鋼水或多或（huò）少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼（gāng）水（shuǐ），除去鋼中的非金（jīn）屬夾雜物（wù），而且不汙染環境。