徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的角度（dù）研究（jiū）提（tí）高鋼的純淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼水直接（jiē）接觸的耐火材料對鋼（gāng）水的淨化作用，總是（shì）認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過（guò）對白雲石質（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（bái）雲石與鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料的特征

白雲石（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（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石（shí）質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火（huǒ）材料是指全部（bù）用煆燒或電熔的白雲石（shí）做原料的定型或不定（dìng）形耐火材料；鎂白（bái）雲石和鎂（měi）鈣質耐火材料是用鎂石（shí）與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響鎂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（lì）越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣（zhā）的（de）能（néng）力越強，高溫蠕（rú）變越大，抗剝落性能和脫硫（liú）、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據（jù）爐外（wài）精煉等熱工設備的不（bú）同部位使用條（tiáo）件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水（shuǐ）作用的影（yǐng）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等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以（yǐ）及脫氣、調整化學成分和均（jun1）勻化等（děng）。鎂鈣質耐火材料中的遊（yóu）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（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂鈣（gài）質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐（lú）外精煉（liàn）冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長（zhǎng）爐襯壽命、降低耐火材料消（xiāo）耗（hào），研究人員對白雲石質耐火材料進行（háng）了許多試驗研究，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（zhì）材（cái）料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在高溫（wēn）真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反（fǎn）應中（zhōng），要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量（liàng）高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要（yào）選擇氧勢盡（jìn）可能低的耐火材料，Mg與Ca在（zài）高（gāo）溫下（xià）以（yǐ）氣態存（cún）在，在鋼水中（zhōng）的溶解度很小（xiǎo），而CaO的氧勢也很（hěn）小，因此，精煉設（shè）備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用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（nài）火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性（xìng）好，特別（bié）是熔渣中（zhōng）SiO2滲入會與（yǔ）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（céng），從而抑製熔渣（zhā）的滲透。

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

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中（zhōng）氧含量的（de）影響：王龍光（guāng）等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學（xué）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。

耐火材（cái）料對鋼中S的影響（xiǎng）：田琳等人（rén）試（shì）驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣（gài）質耐火材料的脫（tuō）S效果（guǒ）。結果表明：在1600℃下，反應45min時（shí），脫S效果更好，脫S率達（dá）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襯（chèn）是很必要的（de），這樣一方（fāng）麵可（kě）以盡可能降低鋼包內襯（chèn）的再氧化（huà）能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導（dǎo）致（zhì）耐（nài）火材料的過度消耗。

耐火材料（liào）對鋼中P含量的影（yǐng）響：匡（kuāng）加才研究MgO—CaO質澆注料對（duì）鋼中P含量的影響。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。

耐火材料對（duì）鋼（gāng）水碳含量的影響：實驗表明（míng），使用含C耐火（huǒ）材料，鋼水顯（xiǎn）著增C，當同一製品第二次使用時，鋼（gāng）水僅（jǐn）發生輕微（wēi）增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中（zhōng）的（de）水分以及其中的有機粘結劑會對（duì）鋼水（shuǐ）中（zhōng）的H含量產（chǎn）生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中，鋼包和中（zhōng）間包係統中使用保護套管（guǎn）保護主流時，有（yǒu）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（cái）料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳統耐火材料（liào）N含量很低（dī），近年來氮化物在耐火（huǒ）材料中應用受到（dào）關注，如Sialon分解（jiě）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（de）增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水（shuǐ）中夾（jiá）雜物的影響：田琳等人研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔（jié）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去除鋼水中的夾（jiá）雜物，其餘的堿（jiǎn）性耐火材（cái）料均使鋼水（shuǐ）夾（jiá）雜物數量增加。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（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成（chéng）C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料表麵（miàn），形成保護層，或者從鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵上剝落下來（lái）上浮至（zhì）保護渣層中；在鎂鈣質耐（nài）火材料中的活性（xìng）CaO含量越高，吸附（fù）鋼水中夾（jiá）雜物（wù）的能力越強。

鎂鈣質耐火材料（liào）的抗侵蝕性能：梁義兵等人（rén）采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶（yě）煉（liàn）用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果（guǒ）得出，CaO含量高的白雲石磚抗高（gāo）堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質（zhì）部分致密程（chéng）度高，較不燒白雲石磚（zhuān）具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的（de）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，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不（bú）燒（shāo）鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）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堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，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（zhì）熔渣的（de）滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和（hé）滲透（tòu）能力，主要是熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透作用。

湖北鎂磚之鎂鈣（gài）碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複（fù）雜。除具備（bèi）鎂鈣磚的（de）特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂（měi）鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的（de）效果也越好；C含（hán）量（liàng）越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗（kàng）剝落性能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等（děng）人采用煉（liàn）鋼轉爐的初期渣（zhā）、中（zhōng）期渣和終期渣（zhā）分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的（de）侵蝕進行實（shí）驗。實驗結果（guǒ）表（biǎo）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（miàn）上產生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為其在高溫中及被（bèi）渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和（hé）熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼水的脫O、脫S、脫P等（děng），適（shì）合冶煉（liàn）鋼（gāng）的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔（jié）淨鋼的影響

潔淨（jìng）鋼係指（zhǐ）鋼（gāng）中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬夾雜物不僅數（shù）量少，而且尺寸很（hěn）小和形態得到控製，合金元素成分精準（zhǔn）並且分布均勻，使鋼材具（jù）有高（gāo）性能（néng）、高品質。在（zài）鋼水從冶煉到精煉（liàn）的整個過程中，耐火（huǒ）材料始（shǐ）終與（yǔ）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（yún）石質即鎂（měi）鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼（gāng）中的非金屬（shǔ）夾雜物，而且不汙染環境。