徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮（lǜ）與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水（shuǐ）的淨（jìng）化作用，總（zǒng）是認為耐火材（cái）料或多或少地會對鋼水產生（shēng）汙染。可是通（tōng）過對（duì）白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論（lùn）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（bú）汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中（zhōng）應用日益增加。

白雲（yún）石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然（rán）礦物原料，煆燒後的（de）理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括（kuò）白雲石質耐火材料、鎂白雲（yún）石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材（cái）料是指全部用煆燒或電熔（róng）的白雲石做原料的定（dìng）型或不定形耐火材料；鎂白（bái）雲石和（hé）鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂（měi）鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變（biàn）越（yuè）大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能越差。因此，應該（gāi）根據爐外精煉等熱工設備的不（bú）同（tóng）部位使用（yòng）條件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材（cái）料對淨化鋼水（shuǐ）作（zuò）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，需要爐外精煉除去鋼（gāng）中雜（zá）質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻（yún）化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜（zá）質反應（yīng），使（shǐ）其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也（yě）適合用於（yú）冶煉低氧（yǎng）鋼，是爐外精煉冶（yě）煉（liàn）潔淨鋼（gāng）、純淨鋼、特殊鋼等設（shè）備（bèi）的耐火材料。近年來，為了淨化（huà）鋼水、延長爐（lú）襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材（cái）料進行了許多試驗（yàn）研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影（yǐng）響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就（jiù）可使MgO相對揮發性大大降低。因（yīn）此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成（chéng）MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高溫真空條件下使用比純（chún）MgO質（zhì）耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應（yīng）中，要使鋼（gāng）水S含量低，熔渣必（bì）須是（shì）CaO含量高的高堿度渣，並（bìng）且（qiě）鋼水中（zhōng）溶解的O含（hán）量盡可能要低（dī）。要使（shǐ）O含量低（dī），就要選擇氧勢盡可能低（dī）的耐火材料，Mg與Ca在高溫（wēn）下以氣態存在，在（zài）鋼（gāng）水中的溶解度很小，而（ér）CaO的氧（yǎng）勢也很（hěn）小，因此（cǐ），精煉設備應該選（xuǎn）用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫（tuō）P，但鋼包中采用（yòng）CaO含量高即堿度高的（de）熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料（liào）同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材（cái）料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔（róng）渣的滲透。

關於H含量的問題，采用（yòng）真空精煉，其H主要來自（zì）熔渣（zhā）或精煉設備（bèi）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（zhōng）的水分，就不存（cún）在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材（cái）料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩（wěn）定性高，具（jù）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（zhǐ）鋼水增氧的有（yǒu）效材料（liào）。

耐火材料對鋼中（zhōng）S的影（yǐng）響：田琳等人試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（xiào）果。結（jié）果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好（hǎo），脫S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使（shǐ）鋼包獲得有效的脫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（dī）鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免（miǎn）強還原（yuán）條件（jiàn）下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量（liàng）的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼（gāng）中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料（liào）中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅（fú）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（jiàng）低（dī）。

耐火材料對鋼水碳（tàn）含量的影響：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：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會（huì）對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程（chéng）中，鋼包和中間包（bāo）係統中使用保護（hù）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（xiǎng）：傳統（tǒng）耐火材料N含（hán）量很低，近（jìn）年來氮化物在（zài）耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更（gèng）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（jiù）是長水口保護（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影（yǐng）響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂（měi）鋁、鎂鉻耐火材料對管（guǎn）線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表（biǎo）明（míng）：在反應30min的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐（nài）火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性（xìng）耐火（huǒ）材料均使鋼水（shuǐ）夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火（huǒ）材（cái）料中的CaO反（fǎn）應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約（yuē）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(矽酸三鈣)高熔點（diǎn）化合物被吸附鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料表（biǎo）麵，形成保（bǎo）護層，或者從鎂鈣質耐火材（cái）料表麵上剝落下來上浮至保（bǎo）護渣層中；在鎂鈣質耐（nài）火材料中（zhōng）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（kàng）侵蝕性能：梁義兵等人采用靜（jìng）態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣磚（zhuān）的抗渣性（xìng）。試（shì）驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的（de）AOD渣（zhā）侵蝕和滲（shèn）透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石（shí）磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐（lú）渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵（qīn）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堿度熔渣（zhā）的侵（qīn）蝕和滲（shèn）透能力，這是（shì）因為渣與鎂鈣材料（liào）作用析出（chū）C3S，使材料表層（céng）致密化（huà）而有效抑製熔（róng）渣的滲透。低堿度（dù）熔渣（zhā）具有較強的侵（qīn）蝕和滲透能力（lì），主要是熔渣對基質的強（qiáng）溶蝕並滲（shèn）透作用。

嶽陽鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的（de）研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。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（wěn）定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性能越（yuè）好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵（qīn）蝕和抗（kàng）剝落（luò）性能（néng）越強。

鎂鈣碳磚的（de）抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分（fèn）別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進行實（shí）驗。實驗結果表明：初（chū）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（qīn）蝕較輕，是因為在磚的界（jiè）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（sǔn）率（lǜ）反而分（fèn）別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解（jiě），所以比（bǐ）MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴重。

孫（sūn）惠章等人研究結果表（biǎo）明鎂（měi）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；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫（tuō）P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲（yún）石質耐火材料（liào）對（duì）潔淨（jìng）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（ér）且尺（chǐ）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（néng）、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中（zhōng），耐火（huǒ）材料始終（zhōng）與鋼水接（jiē）觸，一（yī）般耐火材（cái）料對鋼水或多（duō）或（huò）少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料（liào）能淨化鋼水，除去鋼中的非（fēi）金屬夾雜物，而且（qiě）不汙（wū）染（rǎn）環境。