徐平坤

以前（qián），從煉鋼（gāng）工藝的角度研究提（tí）高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化（huà）作用，總（zǒng）是認為耐火材料（liào）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）耐火材料的理論研究和（hé）實（shí）際試驗，得出（chū）鎂鈣質（zhì）材料不但不（bú）汙染鋼（gāng）水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在（zài）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（měi）鈣質耐火材料的特（tè）征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後（hòu）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（cái）料主要包括白雲石質（zhì）耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

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（liào）；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料（liào）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製品的（de）高溫使（shǐ）用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水（shuǐ）化能力（lì）越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的（de）能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落（luò）性能和脫硫（liú）、脫磷（lín）的效果越好（hǎo），但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）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條件，合（hé）理選（xuǎn）擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼（gāng）等對（duì）鋼中（zhōng）的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求（qiú）嚴格，需要爐外精煉除去鋼（gāng）中雜質及（jí）夾雜物以及（jí）脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂（měi）鈣質耐火材料中的遊離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合（hé）用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉（liàn）潔淨鋼（gāng）、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐（nài）火材料。近（jìn）年來（lái），為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低（dī）耐火材料消耗，研（yán）究人員對（duì）白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了（le）很（hěn）好的結果。

MgO在真空（kōng）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（jiù）可使MgO相對揮發性大大（dà）降低。因此，MgO質材（cái）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（xià）使用比純MgO質耐（nài）火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔（róng）渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要使O含量低，就（jiù）要選擇（zé）氧勢盡可能低的耐火材料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態存在（zài），在鋼（gāng）水中的溶解度很小，而（ér）CaO的氧勢（shì）也很小，因此，精煉設備（bèi）應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度（dù）升高不利於脫P，但鋼包（bāo）中采（cǎi）用（yòng）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（yàng）也有利脫P。

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

關於H含（hán）量的問題，采用真空精煉，其（qí）H主要來自（zì）熔渣或精煉設備內（nèi）襯耐火材料的水分及有機添加（jiā）物。熱力（lì）學分（fèn）析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其（qí）中（zhōng）的水分，就不存在鋼水中氫（H）含（hán）量增高問題（tí）。

鎂鈣質耐火材（cái）料對鋼水性能的影響

耐火（huǒ）材料對鋼中氧含（hán）量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材（cái）料中的CaO熱力學穩定性高（gāo），具（jù）有很低的（de）氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水（shuǐ）增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人（rén）試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火（huǒ）材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效（xiào）果更好，脫（tuō）S率達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（xiào）的脫S效果，使用（yòng）白雲石質鋼包內襯（chèn）是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加（jiā）才研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中（zhōng）P含量的影響（xiǎng）。實驗結果表明：當澆注料（liào）中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大（dà）幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一（yī）步提高CaO含量（liàng），鋼中P含量僅（jǐn）有（yǒu）小幅度降低。

耐火（huǒ）材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含（hán）C耐火材料，鋼（gāng）水顯著增C，當同一製品第二次使用（yòng）時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火材料中的（de）水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生（shēng）顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保（bǎo）護（hù）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（xiào）地降低鋼水的吸H量。

耐火材（cái）料對鋼中N(氮)含量的（de）影響：傳統耐（nài）火材料N含量很低，近年來氮化物在耐（nài）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（zēng）N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就（jiù）是長水口保護，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（lín）等人研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對（duì）管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼（gāng）水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐（nài）火（huǒ）材料中的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（yòu），可有效地去除（chú）鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽（guī）酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物（wù）被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形（xíng）成保護層（céng），或者從鎂鈣質耐火材（cái）料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料（liào）中的活性（xìng）CaO含量（liàng）越高，吸（xī）附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的（de）白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲（shèn）透能力比（bǐ）較（jiào）強（qiáng）。燒成白雲石（shí）磚基質（zhì）部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更（gèng）好的抗高堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得（dé）多。相對而言，燒成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒（shāo）鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕能力好（hǎo）於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良（liáng）好的（de）抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣（gài）材料作用（yòng）析出C3S，使材（cái）料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度（dù）熔渣具有較強的侵蝕和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

紹興鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除（chú）具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚（zhuān）具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性（xìng）能同時（shí）取決於CaO及（jí）C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨（jìng）化鋼水的效果也越好；C含（hán）量越高，抗渣侵（qīn）蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵（qīn）蝕研究：崔淑賢等（děng）人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期（qī）渣和終期渣分別對鎂鈣碳（tàn）磚（zhuān）及鎂碳磚的（de）侵蝕進（jìn）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磚產生結構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上（shàng）產生了C2S保護層；可是中期渣和終期（qī）渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚（zhuān）侵（qīn）蝕（shí）嚴重。

孫惠（huì）章等人研究結果表明鎂白雲石碳（tàn）磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力（lì）強；而且磚中的CaO有利於（yú）鋼水的脫O、脫（tuō）S、脫P等，適合冶煉鋼（gāng）的電（diàn）爐爐（lú）襯。

白雲石質（zhì）耐火材料對潔淨鋼的（de）影響

潔淨鋼係指（zhǐ）鋼中有（yǒu）害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不（bú）僅（jǐn）數量少，而且尺寸（cùn）很小和形態得到控製，合金（jīn）元素成（chéng）分精準並（bìng）且分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品質（zhì）。在（zài）鋼水從冶煉（liàn）到精（jīng）煉的整個過程中，耐火材料始終（zhōng）與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或（huò）多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料能淨化鋼水，除去鋼（gāng）中的非（fēi）金屬夾（jiá）雜物，而且不汙染環境。