徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究（jiū）提高（gāo）鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的（de）理（lǐ）論研究和實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材（cái）料（liào）不但不汙染鋼水，反而能（néng）淨（jìng）化鋼水，並且也（yě）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（zhì）耐火材料的特征

白（bái）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（gài）質耐火材料主要包括白雲石質（zhì）耐火（huǒ）材料、鎂白（bái）雲石質耐火（huǒ）材（cái）料、鎂鈣（gài）質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原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含量的變化影響鎂鈣質（zhì）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（kàng）高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大（dà），抗剝（bāo）落性（xìng）能（néng）和脫硫、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（cǐ），應該根據（jù）爐外精煉（liàn）等熱工設備（bèi）的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐（nài）火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）火材料對淨化鋼水作用（yòng）的影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊鋼等對（duì）鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等（děng）夾雜物的含量要求嚴格（gé），需要（yào）爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫（tuō）氣、調（diào）整化學成（chéng）分和均勻（yún）化等。鎂鈣（gài）質耐（nài）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（lú）渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低（dī），鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精（jīng）煉冶煉潔淨鋼（gāng）、純淨鋼、特殊鋼等（děng）設（shè）備的耐火材料。近年（nián）來，為了淨（jìng）化鋼水、延長（zhǎng）爐襯壽命、降低耐火（huǒ）材料消耗，研究（jiū）人員對白雲石質耐火材料進（jìn）行了許多試（shì）驗研究，取得了很好的結果。

MgO在（zài）真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮（huī）發性是有影響的（de），含有10%～20%CaO（摩爾分數（shù））就可使MgO相對（duì）揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，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（zhōng）的脫S反應中，要（yào）使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的（de）高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能（néng）要低。要使O含量低，就要選擇（zé）氧勢盡可能低的耐火材料（liào），Mg與Ca在高溫下（xià）以氣態存在，在鋼水中的溶解度很（hěn）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（liào）。溫度升高不（bú）利於脫P，但鋼包中采（cǎi）用CaO含量高即（jí）堿度高的熔渣有（yǒu）利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料同（tóng）樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別（bié）是（shì）熔渣中SiO2滲（shèn）入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高（gāo）熔點化合物C2S或C3S,形（xíng）成保（bǎo）護層，從而抑製熔渣的（de）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備內襯耐火材料的（de）水分及有機添加物。熱力學分析認（rèn）為：要在1200℃下長期烘（hōng）烤，充分排除其（qí）中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量（liàng）增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響（xiǎng）

耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）中氧含量（liàng）的影響：王龍光等人認（rèn）為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中的CaO熱力學穩定性（xìng）高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的（de）溶解度很（hěn）小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試（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S效果。結（jié）果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回（huí）S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果（guǒ），使用（yòng）白（bái）雲（yún）石質鋼包內襯（chèn）是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包（bāo）內襯（chèn）的再氧化（huà）能力，另一方（fāng）麵可以避免強還原條件（jiàn）下鋼包渣導（dǎo）致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量（liàng）的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注料對（duì）鋼中P含量的影響。實驗結果表明（míng）：當澆注（zhù）料（liào）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（jìn）一步提高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：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（cì）使用（yòng）時，鋼水僅發生輕微增（zēng）C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響（xiǎng）：耐火材料中的水分（fèn）以及其（qí）中的有機粘結劑會對（duì）鋼水中的（de）H含量產生顯著影響。連鑄過程中（zhōng），鋼包和中間包係統中（zhōng）使（shǐ）用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包（bāo）烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料（liào）對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低（dī），近年來氮化（huà）物在耐火材料中應用（yòng）受到關注（zhù），如Sialon分（fèn）解對鋼水（shuǐ）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（zhǎng）水口保護（hù），此處（chù）增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜（zá）物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火材料對管線（xiàn）鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表（biǎo）明：在（zài）反應30min的情況下，隻有鎂鈣（gài）質耐火材料能去除鋼水中（zhōng）的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使（shǐ）鋼水夾雜物（wù）數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點（diǎn）約為1400℃左（zuǒ）右（yòu），可有效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔（róng）點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形成保護層，或者從鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）表（biǎo）麵上剝落（luò）下來上浮至（zhì）保護渣層中；在（zài）鎂鈣質耐火材料中的活性（xìng）CaO含（hán）量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料（liào）的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵（bīng）等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗（kàng）渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力（lì）比較強。燒成白雲石磚基質部分致（zhì）密程度高，較不燒白雲石磚具（jù）有更（gèng）好的抗高堿度渣侵蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴（yán）重得多。相對而（ér）言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力（lì）好於CaO含量低（dī）的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有（yǒu）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（yì）製熔渣的滲透。低堿度熔渣（zhā）具有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。

昆明鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂（měi）鈣（gài）磚種類複雜。除具備鎂（měi）鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂碳磚具有更（gèng）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（gāng）水的效果（guǒ）也越好；C含量越高，抗渣侵（qīn）蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期（qī）渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。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（gòu）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（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中（zhōng）及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵（qīn）蝕（shí）嚴重。

孫惠章等人研究結果表明（míng）鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸（suān）性熔渣能力強；而且（qiě）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（xiǎng）

潔淨鋼係指鋼（gāng）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（gāng）材具有高性能、高品質。在鋼水（shuǐ）從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一（yī）般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有（yǒu）白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的（de）非金屬（shǔ）夾雜物，而且不汙染環境。