徐平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝的角度研（yán）究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材（cái）料對（duì）鋼水的淨化作用，總是認為耐（nài）火材料或（huò）多或少（shǎo）地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石（shí）質（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理論研究和（hé）實際（jì）試驗（yàn），得出鎂鈣（gài）質材料（liào）不但不汙染鋼水，反而（ér）能淨化鋼水，並且也不汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益（yì）增加。

白雲石與鎂鈣質（zhì）耐火材料的特征

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

其中，白雲石質耐火材料是（shì）指全部用煆燒（shāo）或電熔的白雲（yún）石做原料的定型或不定形耐火（huǒ）材料（liào）；鎂白雲石和（hé）鎂（měi）鈣質耐火材（cái）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（měi）鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和抗水化能力（lì）越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的（de）效果越好，但抗水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差。因此（cǐ），應該根據爐外精煉等（děng）熱工設備的（de）不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐（nài）火（huǒ）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等夾雜物的（de）含量要求嚴格，需（xū）要爐外（wài）精煉除去鋼中雜質及夾（jiá）雜物以及脫氣、調整化（huà）學成分和均勻化等（děng）。鎂（měi）鈣（gài）質耐火材（cái）料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的（de）功能。由（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐（nài）火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是（shì）爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近（jìn）年來（lái），為（wéi）了淨化鋼（gāng）水、延長爐襯壽命、降低（dī）耐火材料消耗，研究人員對白雲（yún）石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在（zài）真空條件下容易揮發（fā），而CaO對MgO的揮發性是（shì）有影響的，含有10%～20%CaO（摩（mó）爾分數）就可（kě）使MgO相對（duì）揮發性（xìng）大大降低。因此，MgO質材料中加入一（yī）定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高（gāo）溫真空條件下使用（yòng）比（bǐ）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）量低，熔（róng）渣必須是（shì）CaO含量高的高堿度渣，並（bìng）且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低（dī），就要選擇氧（yǎng）勢盡可能低的耐（nài）火材料，Mg與Ca在高溫下（xià）以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），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。溫（wēn）度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高（gāo）即堿度高的（de）熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的熱震穩（wěn）定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點（diǎn）化合物C2S或C3S,形成保護層（céng），從（cóng）而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用（yòng）真空精煉，其H主要來自熔渣或精（jīng）煉設備（bèi）內襯耐火（huǒ）材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要（yào）在1200℃下（xià）長期烘烤，充分排除其中的（de）水分，就不存（cún）在（zài）鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐（nài）火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光（guāng）等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很（hěn）低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶（róng）解度很小，被認為是防止鋼水增（zēng）氧（yǎng）的有效材料（liào）。

耐火（huǒ）材料對鋼中S的（de）影（yǐng）響：田琳等人試驗研究鎂（měi）鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材（cái）料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好（hǎo），脫（tuō）S率達70.12%；超過45min，脫S率（lǜ）降低，出現“回S”現象（xiàng）。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲（yún）石質鋼包內襯是很必要的，這樣（yàng）一方（fāng）麵可以盡（jìn）可能降低鋼包內襯的再氧化能力（lì），另（lìng）一方（fāng）麵可（kě）以避免強還原條件下鋼包渣（zhā）導致耐火材料（liào）的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料（liào）對鋼中P含量的影響。實驗結果表明（míng）：當（dāng）澆注料（liào）中w（CaO）為25%時，鋼中P含（hán）量大幅度降低，由（yóu）原始的0.1%降（jiàng）低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對（duì）鋼水碳含量的影響（xiǎng）：實驗表明，使用含C耐（nài）火材料，鋼水顯著增C，當（dāng）同一製品第（dì）二次使用時（shí），鋼水僅發生輕（qīng）微（wēi）增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐（nài）火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響（xiǎng）。連鑄過程中，鋼包（bāo）和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸（xī）H。對鋼包、中間包烘烤，能有效（xiào）地降低鋼水的吸H量。

耐（nài）火材料（liào）對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量（liàng）很低，近年來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（zēng）N。更大的增N量在鋼包與中間包之間（jiān），保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此（cǐ）處增（zēng）N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中（zhōng）夾雜物的影響：田（tián）琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材（cái）料對管線（xiàn）鋼鋼水潔淨化的影響，實驗（yàn）表明：在反應（yīng）30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水（shuǐ）中的夾雜物，其餘的堿（jiǎn）性耐（nài）火材（cái）料均使（shǐ）鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火材料（liào）中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔（róng）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（suān）三（sān）鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐（nài）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上浮至（zhì）保（bǎo）護渣層中；在鎂鈣質（zhì）耐火材料中的活性CaO含量越高，吸（xī）附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的抗侵蝕（shí）性（xìng）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（de）白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲（yún）石磚基質（zhì）部分致（zhì）密程度（dù）高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵（qīn）蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐（lú）渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多（duō）。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度（dù）渣侵蝕性明顯好於不燒鎂（měi）鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具（jù）有良好的抵抗高堿度（dù）熔渣的侵蝕和（hé）滲透（tòu）能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用（yòng）析（xī）出C3S，使材料表層致密化而有效抑（yì）製（zhì）熔渣的滲（shèn）透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的（de）強溶蝕並滲（shèn）透作用。

廈門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磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具（jù）有更好（hǎo）的真空穩定性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含（hán）量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼（gāng）水的效果也越好；C含（hán）量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗（kàng）剝落（luò）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（qī）渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚的侵蝕進行實（shí）驗。實（shí）驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕（shí）損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴（yán）重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較（jiào）輕，是因為在（zài）磚的界麵上產（chǎn）生了C2S保（bǎo）護層；可是（shì）中期渣（zhā）和終期渣，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（jiě），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（yǎng）化性和熱（rè）震穩定性好，抗酸性熔渣能（néng）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（lú）襯。

白雲石質耐火材料對（duì）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（jīn）屬夾雜物不僅數量少，而且（qiě）尺寸很（hěn）小和形態得到控製，合（hé）金元素（sù）成分精準並且分布均勻（yún），使鋼材（cái）具有高性能、高（gāo）品質。在鋼水從（cóng）冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接（jiē）觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有白（bái）雲石質（zhì）即鎂鈣質耐火（huǒ）材料能淨化鋼水，除去鋼中的（de）非金屬夾雜物，而且不汙染環境。