徐平坤

以前，從煉鋼工藝的（de）角度研究提高（gāo）鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料（liào）對鋼水的淨化（huà）作用，總是認為耐火材料或多或少地（dì）會對鋼水產（chǎn）生汙染。可是通過對白雲（yún）石質（zhì）（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，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中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐（nài）火材料的特征

白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是（shì）天然礦物原料，煆燒後的（de）理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣（gài）質耐火材料主要包括白雲石質耐火材（cái）料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其（qí）中，白雲石質耐火材（cái）料是指全部用（yòng）煆燒或電熔的白雲石做原（yuán）料的定型或不定形耐火材料；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含量的（de）變化影響（xiǎng）鎂（měi）鈣質製品的高（gāo）溫使用（yòng）性能，MgO含（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和抗水化能力越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果（guǒ）越好，但抗水（shuǐ）化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕（shí）的性（xìng）能越（yuè）差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的（de）不同部位使用條件，合理選擇鎂（měi）鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石（shí）質耐火材料（liào）對淨化鋼水作用的影（yǐng）響（xiǎng）

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求（qiú）嚴格，需要爐外（wài）精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫（tuō）氣、調（diào）整化學成分和均勻化等。鎂鈣質（zhì）耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜（zá）質反應，使其（qí）轉移到爐渣中，具有除（chú）去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材（cái）料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了（le）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許多試驗研究，取得了（le）很好的（de）結果。

MgO在真空條件（jiàn）下（xià）容易揮發（fā），而CaO對MgO的揮發性是（shì）有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加（jiā）入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料（liào），在高溫真（zhēn）空條件下使（shǐ）用比純MgO質耐火材（cái）料更合適。

鋼水中的脫S反（fǎn）應中，要（yào）使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並（bìng）且鋼水中（zhōng）溶解的O含量盡可能要低。要使（shǐ）O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫（wēn）下（xià）以（yǐ）氣態存在（zài），在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度（dù）升（shēng）高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿（jiǎn）度高的熔（róng）渣有（yǒu）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（gài）質耐火（huǒ）材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應（yīng）生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲（shèn）透。

關（guān）於H含量的問題，采用真空精煉，其（qí）H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有（yǒu）機添（tiān）加物。熱力學分析認為：要（yào）在（zài）1200℃下長期烘（hōng）烤，充分排除其中的水分，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（xìng）能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中（zhōng）的CaO熱力學穩定性高，具有很低的（de）氧（yǎng）平（píng）衡分壓，在鋼水中的溶解（jiě）度很小，被認為（wéi）是防止鋼（gāng）水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗（yàn）研究鎂鈣磚與鋼水中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45min時，脫S效果（guǒ）更好（hǎo），脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內（nèi）襯是很（hěn）必要（yào）的，這（zhè）樣一方麵可以盡可能降低鋼包（bāo）內襯的再氧（yǎng）化能力（lì），另一方麵可以（yǐ）避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐（nài）火材料對鋼中P含（hán）量的影響：匡加才研（yán）究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響（xiǎng）。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大（dà）幅（fú）度（dù）降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進（jìn）一步提高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅（jǐn）有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含（hán）量的影響：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，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分（fèn）以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產（chǎn）生顯著影響。連鑄過程中，鋼（gāng）包（bāo）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（xī）H。對鋼包、中間包烘烤，能（néng）有效（xiào）地降低（dī）鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中（zhōng）N(氮)含量的影響：傳（chuán）統耐火材料N含量很低，近年來氮化（huà）物在耐火材（cái）料中應用受（shòu）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（chóng）要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增（zēng）N可達（15~30）×10-6。

耐火材料（liào）對鋼水中夾雜物的（de）影響：田（tián）琳等人研究了鎂鈣、鎂（měi）鋁、鎂鉻耐（nài）火材（cái）料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨（jìng）化的影響，實驗表明：在（zài）反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去（qù）除鋼水中的夾（jiá）雜物，其餘的堿性耐火材料（liào）均使鋼水夾雜物數量（liàng）增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與（yǔ）Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物（wù），熔點約（yuē）為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點化合物被吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵，形成保護層，或者（zhě）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，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等人采用靜（jìng）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（de）白雲石磚抗高堿度的AOD渣（zhā）侵蝕和（hé）滲透能力（lì）比較強（qiáng）。燒成白雲石磚基（jī）質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好（hǎo）的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣（zhā）對三種磚的侵蝕和滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴重得多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕性明（míng）顯（xiǎn）好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂（měi）鈣磚抵抗低（dī）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高（gāo）堿度熔渣的侵蝕（shí）和滲透能（néng）力，這是因（yīn）為（wéi）渣與鎂鈣材料作用析（xī）出C3S，使（shǐ）材料表層（céng）致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔（róng）渣（zhā）具有較強的侵（qīn）蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

西藏鎂磚之鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及抗（kàng）侵蝕的研究

鎂鈣碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成（chéng）鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）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（gāo），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（qīn）蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗（kàng）侵蝕研究：崔（cuī）淑賢等（děng）人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對（duì）鎂鈣碳（tàn）磚及鎂（měi）碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果（guǒ）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；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率（lǜ）反而（ér）分別（bié）比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中（zhōng）∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕（shí）嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白（bái）雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性（xìng）熔（róng）渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水（shuǐ）的脫O、脫（tuō）S、脫P等，適合冶煉鋼（gāng）的電爐爐襯。

白（bái）雲石質耐火（huǒ）材料對潔淨鋼的影響

潔（jié）淨鋼係（xì）指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾（jiá）雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精（jīng）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整個過程中，耐火材料始（shǐ）終與鋼水接觸，一（yī）般耐（nài）火材料對鋼水或多或少總有（yǒu）些汙染，唯有（yǒu）白雲石質即鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料能淨（jìng）化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物（wù），而且不汙染環境。