徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工（gōng）藝的角度研究提高鋼的純淨（jìng）度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對（duì）鋼水的淨化作用，總是認為耐（nài）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（鎂鈣質（zhì））耐火材料的理論研究和實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材料（liào）不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且（qiě）也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中（zhōng）應用日（rì）益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的（de）特征

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

其中，白雲石質耐火材料（liào）是指全部用煆燒或電（diàn）熔的白雲石（shí）做（zuò）原（yuán）料的定型或（huò）不定形耐火材料；鎂白雲石（shí）和（hé）鎂鈣質耐火（huǒ）材料是用鎂（měi）石（shí）與（yǔ）白雲石合成（chéng）的耐（nài）火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製（zhì）品的高（gāo）溫使（shǐ）用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化（huà）能（néng）力越強；CaO含量越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高（gāo）溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷（lín）的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用（yòng）條件，合（hé）理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火材（cái）料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐火材（cái）料（liào）對淨（jìng）化鋼水作用的影（yǐng）響

潔淨鋼（gāng）、特（tè）殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精（jīng）煉除去鋼中（zhōng）雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化（huà）等。鎂鈣質（zhì）耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉（zhuǎn）移（yí）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，鎂鈣質耐火材料也適（shì）合用於冶煉低氧鋼，是爐外（wài）精煉冶煉潔淨鋼（gāng）、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近（jìn）年來，為了淨化鋼（gāng）水、延長（zhǎng）爐（lú）襯壽命、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（duō）試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數（shù））就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中（zhōng）加入一定量的CaO製成（chéng）MgO—CaO質耐火材料，在高溫真（zhēn）空條件下（xià）使用比純（chún）MgO質耐火材料更合（hé）適。

鋼水中（zhōng）的脫S反應中，要（yào）使鋼水S含量低（dī），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，就要選擇（zé）氧勢盡可能（néng）低（dī）的耐火（huǒ）材料，Mg與Ca在高溫下以（yǐ）氣態存在（zài），在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此（cǐ），精煉設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（yǒu）利（lì）脫（tuō）P，因此（cǐ），用CaO含量高的鎂鈣質耐火（huǒ）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（zhā）滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐（nài）火材料中的（de）CaO反應生成高熔點（diǎn）化合物（wù）C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的（de）滲（shèn）透。

關於H含量的問（wèn）題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設（shè）備內襯耐火材料的水分及（jí）有（yǒu）機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分（fèn）排除其中（zhōng）的水（shuǐ）分，就不存（cún）在鋼水中氫（H）含量增高問題（tí）。

鎂鈣質耐火材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（xiào）材料。

耐火材料對鋼中S的影響（xiǎng）：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應（yīng），檢驗鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）的脫S效果。結果表明（míng）：在1600℃下，反應（yīng）45min時，脫S效（xiào）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（yǒu）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襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強（qiáng）還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過（guò）度消耗。

耐火材（cái）料對鋼中P含量的影響：匡加才研（yán）究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含（hán）量的影響。實驗結果表明：當澆注（zhù）料中w（CaO）為（wéi）25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原（yuán）始的0.1%降低（dī）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（huǒ）材料對鋼水碳含量的影（yǐng）響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增（zēng）C，當同一製品第二（èr）次（cì）使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼（gāng）中H(氫)含量的影響：耐火（huǒ）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（liàng）產生顯著（zhe）影響。連（lián）鑄過程中（zhōng），鋼包和中間包（bāo）係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼（gāng）包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量（liàng）。

耐火材料對鋼中N(氮)含（hán）量的影響：傳統（tǒng）耐火材料N含量很低，近年來（lái）氮化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（de）增N量在（zài）鋼包與中間包之間，保護（hù）套管非常重要（yào），連鑄的增N點就（jiù）是長水口保護，此處增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材（cái）料能去除鋼水中的夾雜物，其餘（yú）的堿性耐火（huǒ）材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂（měi）鈣耐火材料中的CaO反（fǎn）應，如CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼（gāng）中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來（lái）上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料中（zhōng）的（de）活性CaO含量越高（gāo），吸（xī）附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵（qīn）蝕性能：梁義（yì）兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂鈣磚的（de）抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高（gāo）堿度（dù）的（de）AOD渣侵蝕和滲透能力比較（jiào）強。燒成白雲石磚基（jī）質部分致密程（chéng）度高（gāo），較不（bú）燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度（dù）較（jiào）低的VOD爐渣對三種磚的（de）侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而（ér）言，燒成的鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕（shí）性明（míng）顯好於不（bú）燒鎂（měi）鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）能力（lì）好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質（zhì）材料具有良（liáng）好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為（wéi）渣與鎂（měi）鈣材料作用析（xī）出C3S，使材料表層致密化而（ér）有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有（yǒu）較強的侵蝕和滲透能力，主要（yào）是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

惠州鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣磚種類複雜（zá）。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好的真空（kōng）穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同（tóng）時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝（bāo）落性能越好，淨化鋼水的效（xiào）果也（yě）越好；C含（hán）量（liàng）越高，抗渣（zhā）侵蝕和（hé）抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研（yán）究（jiū）：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣（zhā）、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕（shí）進行實驗。實驗結果表明：初期渣（zhā）MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產（chǎn）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（hù）層；可是中期（qī）渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因為其在高（gāo）溫中（zhōng）及被渣中∑FeO溶解，所（suǒ）以比MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴重。

孫（sūn）惠（huì）章等人研究結果表明鎂白雲（yún）石（shí）碳磚高溫（wēn）抗氧化性（xìng）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（lú）襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔（jié）淨鋼係（xì）指鋼（gāng）中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金（jīn）屬夾雜物不僅數量少（shǎo），而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成（chéng）分精準並且分布均勻，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，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材（cái）料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石（shí）質即鎂鈣質耐火材料能淨化（huà）鋼水，除去鋼中的非（fēi）金屬夾雜物，而且不汙染環境。