徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼（gāng）的純（chún）淨度，沒有考慮與（yǔ）鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材（cái）料對鋼水的淨化（huà）作用，總（zǒng）是認（rèn）為耐火材（cái）料或多或少地會對鋼水產生汙染（rǎn）。可（kě）是通（tōng）過對白雲（yún）石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料（liào）的（de）理論研究和實際試（shì）驗，得出鎂鈣（gài）質材料不但不（bú）汙染鋼水，反而（ér）能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等（děng）爐（lú）外精煉裝置中（zhōng）應用日益增加（jiā）。

白雲石與鎂鈣質耐火材（cái）料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然（rán）礦物原料，煆燒後的理論組（zǔ）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（bái）雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質（zhì）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（de）白雲石做（zuò）原料的定型或不定形耐火（huǒ）材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料（liào）是用鎂石與白雲石合（hé）成的耐（nài）火材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗水（shuǐ）化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能（néng）力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷（lín）的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性（xìng）能越差。因此，應該（gāi）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（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對（duì）淨化鋼水作用（yòng）的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精（jīng）煉除（chú）去鋼中雜質及夾雜物以及（jí）脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料中的遊（yóu）離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使（shǐ）其轉移到爐渣中（zhōng），具（jù）有除（chú）去雜質、淨化鋼水的功能（néng）。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，是爐外精煉冶煉（liàn）潔淨鋼、純（chún）淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年（nián）來，為了淨化（huà）鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對（duì）白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發性是有影響（xiǎng）的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使（shǐ）MgO相對（duì）揮發性大大降低。因此，MgO質材料中（zhōng）加入一定量的（de）CaO製成MgO—CaO質（zhì）耐火材（cái）料，在高溫真（zhēn）空條件下使（shǐ）用比純MgO質耐火材料更合（hé）適。

鋼水中的（de）脫S反（fǎn）應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量（liàng）低（dī），就（jiù）要（yào）選（xuǎn）擇氧（yǎng）勢盡可能低的耐火材料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也（yě）很小，因此，精煉設備應（yīng）該（gāi）選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於（yú）脫P，但（dàn）鋼包中采（cǎi）用CaO含量高即堿度高（gāo）的熔渣有利脫（tuō）P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火（huǒ）材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣（zhā）中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護（hù）層（céng），從而抑製熔渣（zhā）的滲透（tòu）。

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水分及（jí）有機（jī）添加物。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，就不存在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能（néng）的影響

耐火材料對（duì）鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧（yǎng）平衡（héng）分壓，在鋼水（shuǐ）中的溶（róng）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：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應（yīng），檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫（tuō）S效果更（gèng）好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率（lǜ）降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲（huò）得（dé）有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很（hěn）必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧（yǎng）化能力，另一方麵可以（yǐ）避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度（dù）消耗。

耐（nài）火（huǒ）材料對鋼中P含（hán）量的（de）影響：匡加（jiā）才研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中（zhōng）w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由（yóu）原始的0.1%降低到0.01%，進（jìn）一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的（de）影響：實驗表明，使用含C耐（nài）火材料，鋼水顯著（zhe）增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微（wēi）增C。

耐火材料對（duì）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（hán）量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管（guǎn）保護主流時，有（yǒu）機粘結劑導致吸H。對鋼（gāng）包、中（zhōng）間包烘（hōng）烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮（dàn）化物在耐火材料中（zhōng）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（bāo）之間，保護套（tào）管非常重（chóng）要，連鑄的增（zēng）N點就是長水口（kǒu）保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐（nài）火材料對鋼水中夾雜物（wù）的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響（xiǎng），實驗表明：在（zài）反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材（cái）料能去除鋼水（shuǐ）中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使（shǐ）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（de）複合化合物，熔點約為1400℃左（zuǒ）右，可（kě）有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣（gài）)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐（nài）火材料表麵上剝落下來上浮至（zhì）保護渣層中；在鎂鈣（gài）質耐火材料中的活性CaO含量（liàng）越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物的能（néng）力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁（liáng）義兵（bīng）等人（rén）采用靜（jìng）態坩堝法研究3種不鏽鋼冶（yě）煉用（yòng）鎂鈣（gài）磚的（de）抗渣性（xìng）。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚（zhuān）抗高（gāo）堿度的AOD渣（zhā）侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚（zhuān）具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對（duì）三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。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含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度（dù）熔渣的侵蝕和滲透能力，這是（shì）因為渣與鎂鈣材（cái）料作用析出C3S，使（shǐ）材料表層致密化而有效抑製熔（róng）渣的滲透。低堿度熔渣（zhā）具有（yǒu）較強的侵蝕和滲透能力（lì），主要是熔渣對基質的強溶蝕（shí）並（bìng）滲透（tòu）作用。

涪陵（líng）鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵（qīn）蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較（jiào）燒（shāo）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有更好的真空穩定性、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，抗剝落性能越好，淨化鋼水（shuǐ）的效果也（yě）越好；C含量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗剝（bāo）落性能越強。

鎂鈣碳磚的（de）抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉（zhuǎn）爐的初期渣、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：初期渣MgO—C磚蝕損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的（de）界麵（miàn）上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，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，所（suǒ）以比MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴重。

孫（sūn）惠章等人研究結（jié）果表明鎂白雲（yún）石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔（róng）渣（zhā）能力強；而且磚中（zhōng）的（de）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（jìng）鋼（gāng）的影響（xiǎng）

潔淨（jìng）鋼係指鋼中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含量（liàng）非（fēi）常少，非金屬夾雜物不僅（jǐn）數量少（shǎo），而且尺寸很小和形態得到控製（zhì），合金元素成分精準（zhǔn）並（bìng）且分布（bù）均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到（dào）精煉的整個過（guò）程中，耐火材料始終與（yǔ）鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水（shuǐ）或多或（huò）少總有些汙染（rǎn），唯有白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材（cái）料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。