徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接（jiē）觸的耐火材料對鋼水（shuǐ）的淨化作用，總是認為耐火材料（liào）或（huò）多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料（liào）的理論研究和實際試驗（yàn），得出鎂鈣質（zhì）材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼（gāng）水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中（zhōng）應用日益增加。

白（bái）雲石與鎂鈣質耐火材（cái）料的特征

白（bái）雲石（shí）（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包（bāo）括白雲石質耐火材料（liào）、鎂白雲石質耐火材（cái）料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

其中，白（bái）雲（yún）石（shí）質耐火材料是（shì）指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐（nài）火（huǒ）材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用（yòng）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高溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔渣的能力（lì）越（yuè）強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差。因此，應該根據爐外精（jīng）煉等熱（rè）工（gōng）設備的不同部位使（shǐ）用條件，合理（lǐ）選（xuǎn）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作用的影響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼等對鋼中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉（liàn）除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離（lí）CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜質反應，使（shǐ）其轉移到爐渣中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於（yú）CaO的（de）氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料也適合用於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火（huǒ）材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材（cái）料進行了許多試驗研究，取得了很好的（de）結（jié）果。

MgO在真空條件（jiàn）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（xìng）大大降低。因此，MgO質材料中加（jiā）入（rù）一定量的（de）CaO製成MgO—CaO質耐火材料（liào），在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含（hán）量（liàng）低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度（dù）渣（zhā），並且鋼水中溶解的O含量盡（jìn）可能要低。要使（shǐ）O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態（tài）存在（zài），在鋼水中的溶解度很小，而（ér）CaO的氧勢（shì）也（yě）很小（xiǎo），因（yīn）此，精煉設備應該選用鎂鈣（gài）質耐火材料。溫度升高不利（lì）於脫P，但鋼包中采用CaO含（hán）量高即（jí）堿度高（gāo）的熔渣有利脫（tuō）P，因此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣質耐火材料同樣（yàng）也有利（lì）脫P。

鎂鈣（gài）質耐火材料的熱震穩定（dìng）性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材（cái）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（yì）製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自（zì）熔渣或精煉設（shè）備內襯耐火材料的水分及有機添（tiān）加物。熱（rè）力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就（jiù）不存在鋼水中（zhōng）氫（H）含量增高問（wèn）題。

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（cái）料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平（píng）衡分壓，在鋼水中的溶解度（dù）很小，被認（rèn）為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影（yǐng）響（xiǎng）：田琳等（děng）人試驗研（yán）究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中S的反應，檢驗（yàn）鎂鈣質（zhì）耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時（shí），脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降（jiàng）低（dī），出現“回S”現（xiàn）象。為了使鋼包（bāo）獲得（dé）有效的脫S效果，使用白（bái）雲石質鋼包內襯（chèn）是很必（bì）要的，這樣一方麵可以盡可能降（jiàng）低鋼包內（nèi）襯的再氧化能力，另一方麵可以避（bì）免強還原條件下鋼包渣（zhā）導致耐火材料的（de）過（guò）度消（xiāo）耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加（jiā）才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注料對鋼中P含量的影（yǐng）響（xiǎng）。實驗結果表明：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%，進一步提高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅（jǐn）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（liào），鋼水顯著增C，當同一製品（pǐn）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（qí）中的有機（jī）粘結劑會（huì）對鋼水中的H含量（liàng）產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包（bāo）和中間（jiān）包係統（tǒng）中使用保護套管保護（hù）主流時，有機粘（zhān）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。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材（cái）料N含量很低，近年來氮（dàn）化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造（zào）成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護（hù）套管非常重（chóng）要（yào），連鑄的增N點就是長水口保護，此（cǐ）處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼（gāng）水中夾雜（zá）物（wù）的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火材料對管線鋼鋼水潔（jié）淨化（huà）的影響，實（shí）驗表明：在反應30min的情（qíng）況下（xià），隻有鎂鈣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鋼（gāng）水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐（nài）火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應（yīng）生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點化合（hé）物被吸附（fù）鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵，形成保護層，或者從鎂（měi）鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護（hù）渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的（de）活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質（zhì）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種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚（zhuān）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（jī）質部分致密（mì）程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度（dù）渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣（zhā）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（měi）鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂（měi）鈣磚。鎂（měi）鈣質材（cái）料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和（hé）滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析（xī）出（chū）C3S，使材料表（biǎo）層致密化而有效抑製熔渣的（de）滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕（shí）和滲透能力，主要是熔渣（zhā）對基（jī）質（zhì）的（de）強（qiáng）溶蝕並滲透作用。

天水鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的（de）特性外，鎂鈣碳（tàn）磚比鎂碳磚具有更好的（de）真（zhēn）空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性（xìng）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（jìng）化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初（chū）期渣、中期（qī）渣和（hé）終期渣（zhā）分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進（jìn）行實驗。實驗結（jié）果表明：初期渣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（shí）損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕（qīng），是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣（zhā）和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而（ér）分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在（zài）高溫中及被（bèi）渣中∑FeO溶（róng）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（shí）碳磚高溫（wēn）抗氧化性和熱震穩定（dìng）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襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼（gāng）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，而且尺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、高品（pǐn）質。在鋼水從冶煉到（dào）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（wū）染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。