徐（xú）平坤

以前，從（cóng）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觸的耐火材（cái）料（liào）對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染（rǎn）。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和（hé）實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而（ér）能淨化鋼（gāng）水，並且也（yě）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。

白雲石與（yǔ）鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料的特征

白（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料（liào），煆燒後的理論組成為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（huǒ）材料、鎂鈣質耐火材（cái）料。

其中，白雲石質耐火材料（liào）是指（zhǐ）全部用煆（duàn）燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形（xíng）耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）是用鎂（měi）石與白雲石合（hé）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（shǐ）用（yòng）性能，MgO含量（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和抗（kàng）水化能力越強；CaO含量（liàng）越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力（lì）越強，高（gāo）溫蠕（rú）變越大，抗剝落性能（néng）和脫硫、脫磷的（de）效果越好（hǎo），但抗水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能越差（chà）。因此，應該根（gēn）據（jù）爐外精煉等熱工設備的不同（tóng）部位使用（yòng）條件，合理選擇鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化（huà）鋼水作用的影響

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，需要爐外（wài）精煉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（zhōng）的（de）遊離CaO，易（yì）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（shuǐ）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，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼（gāng）水、延長爐襯壽命、降（jiàng）低耐火材料消耗，研究人員對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（guǒ）。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的（de）揮（huī）發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大（dà）大降低。因（yīn）此，MgO質材料中加入一定（dìng）量的CaO製成（chéng）MgO—CaO質耐火材料，在（zài）高溫（wēn）真空條件下使用比純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，熔渣必（bì）須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼（gāng）水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低（dī），就要選（xuǎn）擇氧勢盡可能低的耐（nài）火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火（huǒ）材料。溫（wēn）度升（shēng）高不利於脫P，但鋼包中（zhōng）采（cǎi）用CaO含量高即堿度高的熔渣有（yǒu）利（lì）脫（tuō）P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有（yǒu）利脫（tuō）P。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的熱震穩（wěn）定性高、抗渣滲透性好（hǎo），特別（bié）是熔渣中SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐火材料中的（de）CaO反（fǎn）應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的（de）問題，采用真空精煉（liàn），其H主要來自熔（róng）渣或精（jīng）煉設備（bèi）內襯耐火材料的水分及有機（jī）添（tiān）加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分（fèn）排除其中的水分，就（jiù）不存在鋼水中氫（H）含量增高問題（tí）。

鎂鈣（gài）質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料（liào）對鋼中氧含量的（de）影響：王龍光等人認為（wéi）MgO—CaO耐火材料（liào）中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平（píng）衡分（fèn）壓，在鋼水中的（de）溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料（liào）。

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，檢驗鎂鈣質耐（nài）火材料的脫S效果。結果表明：在（zài）1600℃下，反應45min時，脫（tuō）S效果更好（hǎo），脫S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）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（yòng）白雲石（shí）質鋼包內襯是很必要的（de），這樣一方（fāng）麵可以盡（jìn）可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免（miǎn）強還原條件下鋼包渣導致耐火（huǒ）材料（liào）的（de）過度消耗。

耐火材料（liào）對鋼中P含（hán）量的影響：匡加（jiā）才研究MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼中P含量的影響（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（dù）降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提（tí）高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳（tàn）含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼（gāng）水顯著增（zēng）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（chǎn）生顯著影響。連鑄過程中（zhōng），鋼包和中（zhōng）間包係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（bāo）烘烤，能有效地（dì）降低（dī）鋼水的吸H量（liàng）。

耐（nài）火材料對鋼（gāng）中N(氮)含量（liàng）的（de）影響：傳統耐火材料N含量（liàng）很低，近年來（lái）氮化物在耐火材料中應用受到（dào）關注，如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造成增N。更大的增N量在（zài）鋼包與中間包之間，保護（hù）套管非常重要（yào），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：田琳等（děng）人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料（liào）對管線鋼鋼水潔淨化的影（yǐng）響，實驗表明：在（zài）反應30min的情況下（xià），隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼（gāng）水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐（nài）火（huǒ）材（cái）料中（zhōng）的CaO反應，如（rú）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反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣（gài）質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落（luò）下來上（shàng）浮（fú）至保護渣層中（zhōng）；在鎂鈣質耐（nài）火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼（gāng）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（yì）兵等人采（cǎi）用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試（shì）驗結果得出，CaO含量（liàng）高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致（zhì）密程度高，較不燒白（bái）雲石磚（zhuān）具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的（de）VOD爐渣對三種磚的侵蝕（shí）和滲（shèn）透比高堿度渣嚴重得多。相（xiàng）對而言，燒成（chéng）的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）性明顯好於（yú）不燒鎂（měi）鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗（kàng）高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣（gài）材料作用析出C3S，使材料表層致（zhì）密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強（qiáng）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。

虹口鎂磚之鎂鈣碳磚的性（xìng）能及（jí）抗侵蝕的（de）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（zhuān）比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性（xìng）能同時取決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量越高，抗剝落性能（néng）越好，淨化鋼水（shuǐ）的效果也越好（hǎo）；C含量越高，抗（kàng）渣侵（qīn）蝕（shí）和抗剝落性（xìng）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、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗（yàn）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（wéi）MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕（qīng），是因為在（zài）磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分（fèn）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磚侵（qīn）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（huà）性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能（néng）力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等（děng），適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔（jié）淨鋼的影響

潔淨鋼（gāng）係指鋼中（zhōng）有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非（fēi）常少（shǎo），非金屬夾雜物不僅數（shù）量少（shǎo），而且尺寸很（hěn）小和形（xíng）態得到控製，合金元素成分精準並且分布（bù）均勻，使鋼材具有高性（xìng）能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過（guò）程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火（huǒ）材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的（de）非金屬夾雜物，而（ér）且不汙（wū）染（rǎn）環境。