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（liào）對鋼水的淨化作（zuò）用，總是認為耐火（huǒ）材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣（gài）質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染（rǎn）鋼水，反而（ér）能（néng）淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包（bāo）等（děng）爐外精（jīng）煉裝置（zhì）中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料（liào），煆燒後的（de）理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐（nài）火材料、鎂鈣質耐（nài）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（liào）的（de）定型（xíng）或（huò）不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用（yòng）鎂石與白雲石（shí）合成（chéng）的耐火材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響鎂鈣（gài）質製品的高溫（wēn）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，抗高SiO2熔渣的能力越強（qiáng），高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落性能（néng）和脫（tuō）硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差（chà）。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨（jìng）化鋼水作用的影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊鋼（gāng）等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格（gé），需要爐外精（jīng）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CaO，易與（yǔ）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（huà）鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶（yě）煉潔淨鋼、純（chún）淨（jìng）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（shòu）命、降低耐火材料消耗，研究人員（yuán）對白雲石質耐火材（cái）料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易（yì）揮發，而CaO對MgO的揮發性是（shì）有影響的，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（yīn）此（cǐ），MgO質材料中加（jiā）入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件（jiàn）下使用比（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含量低（dī），熔渣必須（xū）是CaO含量高的高堿度渣，並且（qiě）鋼（gāng）水中溶解的O含量盡（jìn）可能要低。要使O含量低，就（jiù）要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很（hěn）小（xiǎo），而CaO的（de）氧勢也很小，因此，精煉設備（bèi）應該選用鎂鈣質耐（nài）火材料。溫度（dù）升高不利於（yú）脫P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高即堿度高（gāo）的熔渣有（yǒu）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（tuō）P。

鎂鈣質耐火材料（liào）的熱震（zhèn）穩定性高（gāo）、抗渣滲透性（xìng）好，特別是熔（róng）渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火（huǒ）材料中的CaO反應生成高（gāo）熔（róng）點化合物C2S或C3S,形成保護層（céng），從而抑製熔（róng）渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空（kōng）精（jīng）煉，其H主要來自熔渣（zhā）或精煉設備內襯耐火材料的水分及有（yǒu）機添加物。熱力學分析認（rèn）為：要在1200℃下長期烘烤（kǎo），充分排除其中的水（shuǐ）分，就不存（cún）在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問題。

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（děng）人（rén）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（píng）衡分壓（yā），在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，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（rén）試（shì）驗研究鎂鈣磚（zhuān）與鋼（gāng）水中S的反應，檢驗（yàn）鎂鈣質耐火材料的脫S效（xiào）果。結果表明：在1600℃下，反（fǎn）應45min時，脫S效（xiào）果更好，脫S率達70.12%；超（chāo）過（guò）45min，脫S率降低，出現“回S”現象。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，這樣一（yī）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（yuán）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（hán）量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表（biǎo）明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅（fú）度降低，由原始的0.1%降低到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（liào）對鋼水碳含量的影（yǐng）響：實驗表明，使用含C耐火（huǒ）材（cái）料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

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

耐火材料對鋼中N(氮)含量（liàng）的影響：傳統耐火材料N含量很低，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（chéng）增N。更大的（de）增N量在鋼包與中間包（bāo）之間，保（bǎo）護套管非常重（chóng）要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的（de）影響，實驗表明（míng）：在反應30min的情（qíng）況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼（gāng）水中的夾雜物（wù），其餘的堿（jiǎn）性耐火材（cái）料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物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，熔點約為1400℃左右，可有效地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣)高熔點化合物（wù）被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者（zhě）從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上（shàng）浮至保護渣層中；在鎂鈣（gài）質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜（zá）物的能力（lì）越（yuè）強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人（rén）采（cǎi）用靜態坩（gān）堝法研究3種不鏽鋼冶煉（liàn）用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性。試驗結果得出，CaO含量高的白（bái）雲石磚抗高（gāo）堿度的AOD渣侵蝕和滲透（tòu）能力比較強。燒成白雲石磚基質部（bù）分（fèn）致密程度高，較（jiào）不燒白（bái）雲石磚具有更好的抗（kàng）高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕（shí）和滲透比高（gāo）堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成（chéng）鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低（dī）的（de）鎂鈣磚。鎂鈣（gài）質材（cái）料具有良好的抵（dǐ）抗高堿度熔渣（zhā）的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料（liào）作用析出C3S，使（shǐ）材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基（jī）質（zhì）的強溶蝕並滲透作用。

鄂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（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚種類複雜（zá）。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣（gài）碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的性能同時取決於（yú）CaO及C的（de）含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好（hǎo），淨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。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和（hé）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（biǎo）明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重（chóng）；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（qī）渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而（ér）分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中（zhōng）∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果（guǒ）表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性（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（de）脫（tuō）O、脫S、脫P等，適（shì）合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石（shí）質耐火材料（liào）對潔（jié）淨（jìng）鋼的影響（xiǎng）

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（jīn）元素（sù）成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性（xìng）能、高品質。在鋼水（shuǐ）從冶（yě）煉到精煉的整個過程中，耐火材料（liào）始（shǐ）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，唯有白雲石質即鎂（měi）鈣質耐火材料能淨化（huà）鋼（gāng）水，除去鋼中的非金屬夾雜（zá）物，而且不汙染環境（jìng）。