徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究（jiū）提高鋼的純淨度，沒（méi）有考慮與鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多（duō）或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲（yún）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（liào）不但不汙染鋼水，反而能（néng）淨化鋼水，並且也不（bú）汙染環境，在（zài）AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應（yīng）用日益增加。

白雲石與鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包（bāo）括白雲石（shí）質耐（nài）火材料、鎂白雲石質耐火材料（liào）、鎂鈣質耐火（huǒ）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的定（dìng）型或不定（dìng）形耐火材料（liào）；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料（liào）是用鎂石與白雲石合成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含量的變化（huà）影響鎂鈣（gài）質製品的高溫使用性能，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，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的（de）效果越好（hǎo），但（dàn）抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越差。因此（cǐ），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（zé）鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物（wù）的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜（zá）質及夾雜物以及（jí）脫氣、調整（zhěng）化學成分和均勻化等。鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉（zhuǎn）移到爐渣中，具有除去雜（zá）質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很（hěn）低，鎂（měi）鈣質耐火材料也（yě）適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶（yě）煉潔淨鋼、純淨鋼（gāng）、特（tè）殊鋼（gāng）等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命（mìng）、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火（huǒ）材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結（jié）果。

MgO在真空（kōng）條件下容易揮發，而CaO對MgO的（de）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（fā）性大大降低（dī）。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真（zhēn）空條件下（xià）使（shǐ）用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使（shǐ）鋼水S含量低，熔渣必須是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，就要選擇（zé）氧勢盡可（kě）能低的耐火（huǒ）材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存（cún）在，在（zài）鋼水中的溶解（jiě）度很小，而CaO的（de）氧勢也很小，因此，精煉設備應該選（xuǎn）用鎂鈣質耐火材料。溫度升高（gāo）不利於（yú）脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的（de）熔渣有利（lì）脫P，因此，用CaO含（hán）量高的鎂鈣質耐（nài）火材料同樣也有（yǒu）利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震（zhèn）穩定性高、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（gāo）熔點化合（hé）物（wù）C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲（shèn）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）煉設備內（nèi）襯耐火材料的水分及有機添加物。熱（rè）力（lì）學分析認為：要在1200℃下長期（qī）烘烤，充分排除其（qí）中（zhōng）的水分，就不存在鋼（gāng）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

耐火材（cái）料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中（zhōng）的CaO熱（rè）力學穩定（dìng）性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼（gāng）中S的影響：田琳等人試（shì）驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反（fǎn）應（yīng），檢驗鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）的脫S效（xiào）果。結果表明（míng）：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回（huí）S”現象。為了（le）使鋼包獲得（dé）有效的脫（tuō）S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另（lìng）一方麵可以（yǐ）避免（miǎn）強還原條件下鋼包渣導致耐火（huǒ）材（cái）料的過度消耗。

耐火（huǒ）材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼中P含量的影響（xiǎng）。實驗結果（guǒ）表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中（zhōng）P含量大幅度降低（dī），由原始的（de）0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有（yǒu）小幅度降低。

耐（nài）火材料對鋼水碳含量的影響：實（shí）驗表明，使用含（hán）C耐火材料，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（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含量產生顯著影響。連鑄過（guò）程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼包（bāo）、中間（jiān）包烘烤，能有（yǒu）效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含（hán）量的影響：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（zhù），如Sialon分解對（duì）鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非（fēi）常重要，連鑄的增N點就（jiù）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（měi）鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的（de）影（yǐng）響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料能去除鋼水中的夾雜物，其（qí）餘的堿性耐火材（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（róng）點約為（wéi）1400℃左右（yòu），可有效地去除鋼中Al2O3夾（jiá）雜（zá）物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵（miàn），形（xíng）成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上（shàng）剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水（shuǐ）中夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐（nài）火材料的抗（kàng）侵蝕性（xìng）能：梁（liáng）義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不（bú）鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣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（bú）燒白（bái）雲石磚具（jù）有更好的抗高堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵（qīn）蝕和滲透比高堿（jiǎn）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（měi）鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含（hán）量低（dī）的鎂鈣磚。鎂鈣（gài）質材料具（jù）有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表（biǎo）層致密化而有效抑製熔（róng）渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的（de）侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

荊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（zhuān）較燒（shāo）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（zhuān）具有更好（hǎo）的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能（néng）同時取決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量越高，抗剝落性能越（yuè）好，淨化（huà）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、中期渣和終期渣分別對（duì）鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗（yàn）。實驗（yàn）結果表（biǎo）明（míng）：初（chū）期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因（yīn）為MgO—C磚產生結構剝（bāo）落，蝕損最嚴重（chóng）；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是（shì）因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是（shì）中期渣（zhā）和終期渣（zhā），MgO—CaO—C磚的（de）蝕（shí）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（bèi）渣中∑FeO溶解，所（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴重（chóng）。

孫惠章等人研究結果表明鎂白（bái）雲石碳磚（zhuān）高（gāo）溫抗氧化性和熱（rè）震穩（wěn）定性好，抗（kàng）酸性（xìng）熔渣能（néng）力強（qiáng）；而且磚中的CaO有利於（yú）鋼水（shuǐ）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（yǐng）響（xiǎng）

潔淨鋼係指鋼（gāng）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，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分（fèn）精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材（cái）料始終與鋼水接觸，一（yī）般耐火（huǒ）材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有（yǒu）白雲石質（zhì）即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金（jīn）屬夾雜物，而且不汙染環境。