徐平坤

以（yǐ）前，從煉鋼工（gōng）藝的（de）角度研究提高鋼的純淨度（dù），沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材（cái）料（liào）對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對（duì）鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣（gài）質）耐火材料的理論研究和實際（jì）試驗，得（dé）出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不（bú）汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火（huǒ）材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是（shì）天然礦物原（yuán）料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石（shí）質耐火（huǒ）材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其（qí）中，白雲（yún）石質耐火材料是指全部用煆燒或電（diàn）熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣（gài）質耐火材料是用鎂（měi）石（shí）與（yǔ）白雲石合成的（de）耐（nài）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（zhā）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（lín）的效果越好，但抗水（shuǐ）化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越差。因此，應該根據爐（lú）外精煉（liàn）等熱工設備的不（bú）同部（bù）位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）火材料對淨化（huà）鋼水作用的影響

潔（jié）淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含量要求嚴格，需要爐外精煉除去（qù）鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料中的遊離（lí）CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶煉（liàn）潔（jié）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）、降低耐火材料消耗，研究人（rén）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（de）結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性（xìng）是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發（fā）性（xìng）大大降低。因此，MgO質材料中（zhōng）加入一定量的CaO製成MgO—CaO質（zhì）耐火（huǒ）材料，在高溫真空（kōng）條件（jiàn）下使（shǐ）用比純（chún）MgO質耐火材料更合（hé）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（hán）量高的高堿度渣（zhā），並且鋼水中溶解（jiě）的O含量盡（jìn）可能要低。要使O含量低，就要選擇（zé）氧勢（shì）盡（jìn）可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，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（wēn）度升高不利（lì）於脫P，但鋼包中采（cǎi）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利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高（gāo）、抗渣滲（shèn）透性好，特別是熔渣中SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生（shēng）成高熔點化合物（wù）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，采用真（zhēn）空精煉，其H主要來自熔（róng）渣或精煉設（shè）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℃下長期烘烤，充分排（pái）除其中（zhōng）的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂（měi）鈣質耐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（xiǎng）：王龍光（guāng）等人認為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分（fèn）壓，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，被認為（wéi）是（shì）防止鋼水增氧的有效材料。

耐（nài）火（huǒ）材料對鋼中S的影（yǐng）響：田琳等人試（shì）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（míng）：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫（tuō）S率達70.12%；超過45min，脫S率（lǜ）降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得（dé）有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可（kě）能降低鋼包（bāo）內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件（jiàn）下鋼包渣導致耐火材料的過度消（xiāo）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（liào）對鋼中P含量的影響。實驗結果（guǒ）表明：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含量僅有小幅度降低。

耐火材（cái）料對鋼水碳含量的（de）影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕（qīng）微增（zēng）C。

耐火（huǒ）材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的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（zhān）結劑導致吸（xī）H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐（nài）火材料對鋼中（zhōng）N(氮)含量的影響：傳統耐火（huǒ）材料N含量很低，近年來氮化（huà）物在（zài）耐火材料中（zhōng）應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長（zhǎng）水口（kǒu）保護（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料（liào）對鋼水中夾雜物的（de）影響（xiǎng）：田（tián）琳等人研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）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水中的夾（jiá）雜物，其餘的堿（jiǎn）性耐（nài）火材料均使鋼水夾雜物數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂（měi）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（wéi）1400℃左右，可有效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵，形（xíng）成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵（miàn）上剝落下來上浮至（zhì）保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含（hán）量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣（gài）質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵（bīng）等人采用靜（jìng）態坩堝法（fǎ）研（yán）究3種（zhǒng）不鏽鋼冶（yě）煉（liàn）用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲（yún）石磚抗（kàng）高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較（jiào）強。燒成白（bái）雲（yún）石磚基質部分致密程度高（gāo），較不（bú）燒白雲石（shí）磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿（jiǎn）度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴重得多。相對而言，燒成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕性明（míng）顯好於（yú）不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能（néng）力好於CaO含量低（dī）的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透（tòu）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熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的（de）侵蝕和滲透能力，主要（yào）是熔渣對基質的強溶蝕並滲透（tòu）作用。

西安鎂磚之鎂鈣碳磚的性（xìng）能及抗侵蝕（shí）的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）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（tóng）時（shí）取決於CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝落（luò）性能越好，淨（jìng）化鋼水的效（xiào）果也越好；C含量越高，抗渣（zhā）侵蝕和（hé）抗剝落性能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初（chū）期渣、中（zhōng）期渣和終（zhōng）期渣分別對鎂鈣（gài）碳磚及鎂碳磚（zhuān）的侵蝕進行實驗。實驗結（jié）果表明：初期渣（zhā）MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產生結（jié）構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較輕（qīng），是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率（lǜ）反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為（wéi）其在高（gāo）溫（wēn）中及被渣中∑FeO溶解（jiě），所以比（bǐ）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震穩定性好，抗酸性熔渣能力強（qiáng）；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（jǐn）數量（liàng）少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品（pǐn）質。在（zài）鋼水從冶（yě）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，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）能淨化鋼水，除（chú）去鋼中的非金（jīn）屬夾（jiá）雜物，而且不汙染環境。