徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼的純淨度，沒（méi）有考慮與鋼水直接（jiē）接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材（cái）料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對（duì）白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂（měi）鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐（lú）外精煉裝置中應用日益增（zēng）加。

白雲石與鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料的特征（zhēng）

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

其中，白雲石（shí）質耐火材料是指全部（bù）用煆（duàn）燒或電熔的白雲石做原料的（de）定型（xíng）或不定形耐火材料；鎂白雲石和（hé）鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料是用鎂石與白雲石（shí）合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影（yǐng）響鎂（měi）鈣（gài）質製品的高（gāo）溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗水化能力越強（qiáng）；CaO含量（liàng）越高，抗（kàng）高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變（biàn）越大，抗剝落性能和（hé）脫硫、脫磷的效果越（yuè）好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差。因此（cǐ），應該根據（jù）爐外精煉等（děng）熱工設備的不同部位使（shǐ）用條件，合理選擇鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）火（huǒ）材料（liào）對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量（liàng）要求嚴格，需要爐外（wài）精煉除去鋼中雜質及（jí）夾雜物以及脫氣、調整（zhěng）化（huà）學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反（fǎn）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的氧勢很（hěn）低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧（yǎng）鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、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（cái）料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許（xǔ）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（duì）MgO的揮發性是有影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩（mó）爾分數）就可使MgO相（xiàng）對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成（chéng）MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空（kōng）條件下（xià）使用比純MgO質耐火材料更合適。

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（róng）解的O含量盡可能要低。要（yào）使O含量低，就要選擇（zé）氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的（de）溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設（shè）備應該（gāi）選用鎂鈣（gài）質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼（gāng）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利脫P。

鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料的熱震穩（wěn）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（cái）料中（zhōng）的CaO反（fǎn）應生（shēng）成高熔點化合物（wù）C2S或（huò）C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關（guān）於H含量的問題，采用真空精（jīng）煉，其H主要來自（zì）熔渣或精煉設備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℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含（hán）量增（zēng）高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性（xìng）能的影響

耐火材料對鋼中（zhōng）氧含量（liàng）的影（yǐng）響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱（rè）力學穩定性高（gāo），具有很（hěn）低的氧平衡分（fèn）壓，在鋼（gāng）水中的溶解度很小，被認為是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效（xiào）材料。

耐火材料對鋼中（zhōng）S的影響（xiǎng）：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗（yàn）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效果更好（hǎo），脫S率（lǜ）達（dá）70.12%；超（chāo）過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲（huò）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能降低鋼包內（nèi）襯（chèn）的再氧化能力，另一方麵可（kě）以避免強（qiáng）還原（yuán）條件下（xià）鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度消耗。

耐火材（cái）料對鋼中P含量（liàng）的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料（liào）對鋼中P含量的（de）影響。實驗（yàn）結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由（yóu）原始的0.1%降低到0.01%，進一（yī）步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐（nài）火材料對鋼水（shuǐ）碳含量的影響：實驗（yàn）表明，使用（yòng）含C耐火材料，鋼水顯（xiǎn）著（zhe）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：耐火材料中的水分以及其中的有（yǒu）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（gāng）包和（hé）中間（jiān）包（bāo）係統中使用保護（hù）套管保護主（zhǔ）流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘（hōng）烤（kǎo），能有效地降低（dī）鋼（gāng）水的吸H量。

耐火材料對鋼（gāng）中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳統耐火材（cái）料N含量很低，近年來氮化（huà）物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間（jiān）包之間，保護套管（guǎn）非常（cháng）重要，連鑄的增N點就是（shì）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（de）影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂（měi）鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在（zài）反應30min的情（qíng）況（kuàng）下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材（cái）料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐（nài）火材料中（zhōng）的（de）CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物（wù），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（gài）)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護（hù）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（huǒ）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（měi）鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕性（xìng）能（néng）：梁義兵等人采用靜態（tài）坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚（zhuān）的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白（bái）雲石磚抗高堿度的（de）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，較不燒白雲（yún）石磚具有更好的抗高堿度（dù）渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比（bǐ）高堿度渣嚴重得多。相對而言（yán），燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含（hán）量高的（de）燒成鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕（shí）能（néng）力（lì）好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂（měi）鈣質材料具有（yǒu）良好的抵（dǐ）抗高（gāo）堿度熔渣的侵蝕和滲透能力（lì），這是因（yīn）為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層（céng）致密化（huà）而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的（de）強溶蝕並滲透作用。

煙台鎂磚之鎂鈣碳磚的（de）性能（néng）及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要（yào）性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣（gài）磚的（de）特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的（de）真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含（hán）量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能（néng）越強。

鎂鈣碳（tàn）磚（zhuān）的抗侵（qīn）蝕研（yán）究：崔淑賢等（děng）人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和（hé）終期渣（zhā）分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。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（zhuān）產生（shēng）結構剝落，蝕損最（zuì）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（céng）；可（kě）是中（zhōng）期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別（bié）比MgO—C磚高（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磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人（rén）研究結果表明鎂白雲石碳磚（zhuān）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（zá）物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準（zhǔn）並且分布均（jun1）勻，使鋼（gāng）材具有高（gāo）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，唯有白雲石質即鎂（měi）鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染（rǎn）環境。