徐平坤

以前，從煉鋼工藝的（de）角（jiǎo）度研究提高（gāo）鋼的純淨度，沒有考（kǎo）慮與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化（huà）作用，總是認為耐火材料或多或少地會對（duì）鋼水產生汙染。可是（shì）通過對白雲石（shí）質（zhì）（鎂鈣質）耐火材料的理論研（yán）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，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置（zhì）中（zhōng）應用日益增加。

白雲石與鎂鈣（gài）質耐火材料的特征

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

其中，白雲石（shí）質（zhì）耐火材料是指全（quán）部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不（bú）定形耐火材料；鎂白雲石和鎂（měi）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（gài）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（huà）能力（lì）越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的（de）能力越強（qiáng），高溫蠕變越大（dà），抗剝落性能和（hé）脫硫（liú）、脫（tuō）磷的效果越好，但抗（kàng）水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越差。因此，應該根據爐（lú）外精煉等熱工設備的不（bú）同部（bù）位使用（yòng）條件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）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（zá）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（gé），需要爐（lú）外精煉除去鋼中雜質（zhì）及夾雜物以（yǐ）及脫氣、調整化（huà）學成分和均勻化等。鎂鈣質耐（nài）火材料中的遊（yóu）離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有（yǒu）除去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能（néng）。由於（yú）CaO的氧勢很（hěn）低，鎂鈣質耐火材（cái）料也適（shì）合用於冶煉低氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐（nài）火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐（lú）襯壽命（mìng）、降低耐火材料消（xiāo）耗，研究人員對白雲石（shí）質（zhì）耐（nài）火材料進行（háng）了許多試驗研（yán）究，取得了（le）很（hěn）好的（de）結果。

MgO在真空條件下容（róng）易揮發，而CaO對（duì）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質材料中加入一定量的（de）CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在（zài）高溫真空條件下（xià）使用（yòng）比（bǐ）純MgO質耐火材料（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（liàng）高的高（gāo）堿度渣，並且鋼（gāng）水中溶解的（de）O含量盡可能要低（dī）。要使O含量低，就要選擇（zé）氧（yǎng）勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣（qì）態（tài）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（nài）火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此（cǐ），用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣（yàng）也有利脫（tuō）P。

鎂鈣質耐火材（cái）料的熱震穩定性（xìng）高（gāo）、抗渣（zhā）滲透性好，特別是熔渣（zhā）中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材（cái）料中的CaO反應生（shēng）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（tí），采用真空精煉，其H主要來自熔渣（zhā）或（huò）精（jīng）煉設備內襯耐火材料的水分（fèn）及有機添加（jiā）物。熱力學分析認為：要（yào）在1200℃下長期（qī）烘烤，充分排除其中（zhōng）的水分，就不存在鋼（gāng）水中氫（H）含量增（zēng）高問題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對鋼水（shuǐ）性能的影響

耐火材料對鋼中氧含（hán）量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材料中的CaO熱力學穩（wěn）定性高，具有很（hěn）低的氧平衡分壓，在鋼水中的（de）溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧（yǎng）的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響（xiǎng）：田（tián）琳等人試驗研究（jiū）鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火（huǒ）材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好（hǎo），脫S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出（chū）現“回S”現象。為了使鋼包（bāo）獲得有效的脫S效果，使用（yòng）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低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可（kě）以避免強還原條件下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中（zhōng）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：當（dāng）澆注（zhù）料中w（CaO）為（wéi）25%時，鋼（gāng）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（gāo）CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水（shuǐ）碳含量的影響：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（cì）使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增（zēng）C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中（zhōng）的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中（zhōng）的（de）H含量產生（shēng）顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中（zhōng）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)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，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（de）增（zēng）N量（liàng）在鋼包（bāo）與中間包之間，保護套（tào）管非常重要（yào），連鑄的（de）增N點就（jiù）是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火（huǒ）材料（liào）對鋼水（shuǐ）中夾雜物的影響：田琳等人研究（jiū）了鎂（měi）鈣（gài）、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐（nài）火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響（xiǎng），實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼（gāng）水中的（de）夾雜物，其（qí）餘（yú）的堿性耐火（huǒ）材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火材料中的（de）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夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料表麵（miàn），形成保護層，或（huò）者從（cóng）鎂鈣（gài）質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料（liào）中的活性CaO含量（liàng）越高，吸附鋼水中夾雜物（wù）的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵（bīng）等人采用靜態（tài）坩堝法研究3種（zhǒng）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（jiǎn）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（gāo），較（jiào）不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度（dù）渣侵蝕性。堿度（dù）較低（dī）的VOD爐（lú）渣對三種（zhǒng）磚的侵（qīn）蝕和（hé）滲透比高堿度渣嚴重得多。相（xiàng）對而言，燒成（chéng）的鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕性明（míng）顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕能（néng）力好於（yú）CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具（jù）有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂（měi）鈣材料作用析出（chū）C3S，使材料表層致密化（huà）而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強（qiáng）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。

烏蘭察布鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚（zhuān）主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂鈣磚種類複雜。除具備（bèi）鎂鈣磚（zhuān）的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更（gèng）好的真（zhēn）空穩定（dìng）性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性（xìng）能同時取決於CaO及C的（de）含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的（de）效（xiào）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（kàng）侵蝕研（yán）究：崔淑賢（xián）等人（rén）采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣（zhā）、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵（qīn）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（chǎn）生結構剝落，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（céng）；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（zhuān）高（gāo）0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵（qīn）蝕嚴重（chóng）。

孫惠章（zhāng）等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中（zhōng）的CaO有利於鋼（gāng）水的脫O、脫S、脫（tuō）P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯（chèn）。

白雲石質耐火材料對（duì）潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼（gāng）中（zhōng）有害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非（fēi）常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小（xiǎo）和形態得到控製，合金（jīn）元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白（bái）雲石質（zhì）即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾（jiá）雜物，而且不汙染環（huán）境。