徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角（jiǎo）度（dù）研（yán）究提高鋼的純淨度，沒有考慮與（yǔ）鋼水直接接（jiē）觸的耐火材料（liào）對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材（cái）料或多或（huò）少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理（lǐ）論研究和（hé）實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不（bú）汙染鋼水，反而能淨（jìng）化鋼水，並且也不汙（wū）染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐（lú）外精煉（liàn）裝置中（zhōng）應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的（de）特征（zhēng）

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料（liào），煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料主要包（bāo）括白雲（yún）石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中（zhōng），白（bái）雲（yún）石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白（bái）雲石做原（yuán）料的定型或（huò）不定（dìng）形耐火材料；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（hán）量的變（biàn）化影（yǐng）響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力（lì）越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越（yuè）好，但（dàn）抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此（cǐ），應該根據（jù）爐外精煉等熱工設備的不同部位（wèi）使用條件，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、特殊鋼等對鋼中（zhōng）的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除（chú）去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化（huà）等。鎂鈣質耐（nài）火材料中的（de）遊離CaO，易與鋼（gāng）水中的S、P等雜質反應，使其轉移到（dào）爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼（gāng）水的功能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也（yě）適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精（jīng）煉冶（yě）煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近（jìn）年來，為了淨化鋼水、延長爐襯（chèn）壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質（zhì）耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很（hěn）好的結果。

MgO在（zài）真（zhēn）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（ěr）分數）就可（kě）使MgO相對揮發性大（dà）大降低（dī）。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（zhì）耐火材料（liào）更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇（zé）氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下（xià）以氣態存（cún）在（zài），在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備（bèi）應該選用鎂鈣質耐火材料。溫（wēn）度升高不利於脫P，但（dàn）鋼包中采用CaO含量（liàng）高即堿度（dù）高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂（měi）鈣質（zhì）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（shèn）透性好，特（tè）別是熔（róng）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物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采（cǎi）用真空精煉（liàn），其H主要來自熔渣或精煉設備（bèi）內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學（xué）分析認為：要在1200℃下長（zhǎng）期烘烤（kǎo），充分排除其中的水（shuǐ）分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水（shuǐ）性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍（lóng）光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材料中的CaO熱力（lì）學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解（jiě）度很小（xiǎo），被認為是防止鋼（gāng）水增氧的有效（xiào）材料。

耐（nài）火材料對鋼中S的影響：田（tián）琳等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（liào）的脫S效（xiào）果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫S率降低，出（chū）現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫S效果，使用白雲（yún）石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可（kě）以盡可能降低鋼（gāng）包內襯的再（zài）氧化能力，另（lìng）一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度（dù）消耗。

耐火材料對鋼（gāng）中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中P含（hán）量的影（yǐng）響（xiǎng）。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為（wéi）25%時，鋼（gāng）中P含量大幅度降低，由原（yuán）始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量（liàng），鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表（biǎo）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（jǐn）發生輕微（wēi）增C。

耐火材（cái）料對鋼中H(氫)含量的影響：耐（nài）火材料（liào）中的水分以及其中的（de）有機粘結劑會對鋼水中的（de）H含量（liàng）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，有機粘結劑導致吸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（dàn）)含（hán）量（liàng）的影響：傳統耐火材料N含量（liàng）很低（dī），近年來氮化物在耐（nài）火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成（chéng）增N。更大的增（zēng）N量在（zài）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（tián）琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對（duì）管線鋼（gāng）鋼水潔淨（jìng）化的影響，實驗表明：在反應（yīng）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，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增（zēng）加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐（nài）火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點（diǎn）化合（hé）物被吸附鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮（fú）至保護渣層（céng）中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越（yuè）高（gāo），吸附鋼水中夾雜物（wù）的能力越強。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的抗侵蝕性能：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的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白（bái）雲石磚抗高（gāo）堿度的（de）AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚（zhuān）基（jī）質部分致密程度高，較不（bú）燒白（bái）雲石磚具有更好的抗高堿（jiǎn）度（dù）渣侵（qīn）蝕性。堿度較低（dī）的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和（hé）滲（shèn）透比（bǐ）高堿度渣嚴重得多。相對而（ér）言，燒成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成（chéng）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量（liàng）低的鎂鈣磚。鎂鈣（gài）質材料具有良好的抵抗（kàng）高堿度（dù）熔渣的（de）侵蝕和滲透能力，這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）堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要（yào）是熔渣對（duì）基質的（de）強溶蝕並滲透作用（yòng）。

渭南（nán）鎂磚之鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及（jí）抗侵蝕的研究

鎂鈣（gài）碳磚主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決（jué）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，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期（qī）渣（zhā）分別對鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚的侵蝕進（jìn）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%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕（shí）較（jiào）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（qī）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∑FeO溶解，所以比MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲（yún）石碳磚高溫抗氧化性和熱震（zhèn）穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料（liào）對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且（qiě）尺寸很小和形態得到控製，合金元（yuán）素成分精準並且分布均勻（yún），使鋼材具有高性能、高品質。在（zài）鋼水從冶煉（liàn）到精煉的（de）整個過程中，耐火材料始終與鋼（gāng）水接觸，一般耐火材料對（duì）鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣（gài）質耐（nài）火材（cái）料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜（zá）物，而且不汙（wū）染環境。