徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨（jìng）度，沒有考慮與鋼水直（zhí）接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總（zǒng）是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產（chǎn）生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料（liào）的理論研（yán）究和實際試驗，得（dé）出鎂鈣質材料不但不（bú）汙染鋼水，反而能淨化鋼（gāng）水，並且也不汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包（bāo）等爐外精煉裝置中應（yīng）用日益增加。

白雲石與鎂（měi）鈣質耐火材料的特征

白（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為（wéi）1.93。鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料（liào）、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部（bù）用煆燒或電熔（róng）的白（bái）雲石做原料的定型（xíng）或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用（yòng）鎂石（shí）與白雲石合成（chéng）的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用（yòng）性能，MgO含量（liàng）越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗（kàng）高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕（rú）變越大，抗（kàng）剝落性能（néng）和脫硫、脫磷的效果越好，但抗（kàng）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，合（hé）理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼水作用（yòng）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（jīng）煉除去鋼中雜質（zhì）及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均（jun1）勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐（lú）渣中，具有除去雜（zá）質、淨化鋼水的功（gōng）能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料也適合用於（yú）冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐（nài）火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗（hào），研究人員對白雲石（shí）質（zhì）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（tiáo）件下容易揮發，而CaO對MgO的（de）揮發性是（shì）有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮（huī）發性大大降低。因（yīn）此，MgO質材（cái）料中加入一定量（liàng）的CaO製成（chéng）MgO—CaO質耐火材料，在（zài）高溫真空條件（jiàn）下使用（yòng）比（bǐ）純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中（zhōng）的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高（gāo）的高堿度渣，並（bìng）且鋼水中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要使O含量低（dī），就要（yào）選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態（tài）存在，在鋼（gāng）水中的（de）溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，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料同樣也有（yǒu）利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定（dìng）性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣（zhā）中SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化（huà）合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製（zhì）熔渣的滲透。

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

鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料對鋼水（shuǐ）性能的影響

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

耐（nài）火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的反應，檢（jiǎn）驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應（yīng）45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率（lǜ）降低，出現“回S”現象。為（wéi）了使（shǐ）鋼（gāng）包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質（zhì）鋼包內襯是很必要的（de），這樣一方麵可以盡可能（néng）降低鋼包內襯的再氧化能力（lì），另一方麵可以避免強（qiáng）還原條件下（xià）鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐（nài）火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注（zhù）料對鋼中P含量的影響。實驗結果（guǒ）表明：當澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度（dù）降低，由原始的0.1%降（jiàng）低（dī）到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅有小幅（fú）度降低。

耐火材料對鋼水（shuǐ）碳含量的（de）影響（xiǎng）：實驗表明，使用含C耐火（huǒ）材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發（fā）生（shēng）輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量（liàng）的影響：耐火材料（liào）中的水分以及其中的有（yǒu）機粘結劑會對鋼水中的H含量產（chǎn）生（shēng）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（jī）粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，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，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造成增（zēng）N。更大的增N量在鋼（gāng）包與中間包之間（jiān），保護（hù）套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水（shuǐ）中夾雜（zá）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（gāng）鋼水（shuǐ）潔淨（jìng）化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能（néng）去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材（cái）料均使（shǐ）鋼水（shuǐ）夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材（cái）料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應（yīng）生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點（diǎn）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（guī）酸三鈣)高熔點化合（hé）物（wù）被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保（bǎo）護層，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；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附（fù）鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂（měi）鈣質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（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得（dé）出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵（qīn）蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基（jī）質部分致密程（chéng）度高，較不燒白雲（yún）石磚（zhuān）具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和（hé）滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成（chéng）的鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣（zhā）侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於（yú）CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵（dǐ）抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因（yīn）為（wéi）渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層（céng）致密化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（néng）力，主要是熔渣對（duì）基質的強溶蝕並（bìng）滲透作（zuò）用。

吳忠鎂（měi）磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要性（xìng）能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚（zhuān）種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳（tàn）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（yuè）好，淨化鋼（gāng）水的效果也越好（hǎo）；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落（luò）性能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗侵蝕研究（jiū）：崔淑賢等人采用（yòng）煉鋼轉爐的初期渣、中期（qī）渣和終期渣（zhā）分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期（qī）渣MgO—C磚蝕損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚高7.3%，是因（yīn）為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期（qī）渣（zhā），MgO—CaO—C磚的（de）蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為（wéi）其在高（gāo）溫（wēn）中及（jí）被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章（zhāng）等人研究結果表明鎂白雲（yún）石碳磚高（gāo）溫抗氧化性和熱震穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣能（néng）力強；而且磚（zhuān）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（yún）石質（zhì）耐火材料對（duì）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，而且尺寸很小和（hé）形（xíng）態得到控製，合金元素成分精準並且分布（bù）均勻，使鋼材具有高性能、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（bān）耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質（zhì）即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去（qù）鋼中（zhōng）的非金屬夾（jiá）雜物，而且不（bú）汙染環境。