徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究（jiū）提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直（zhí）接接觸的耐火材料對（duì）鋼水的淨化作（zuò）用，總是認為耐（nài）火材料或多（duō）或少地會對鋼水（shuǐ）產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料（liào）的理（lǐ）論研（yán）究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不（bú）汙染鋼水（shuǐ），反而（ér）能淨化鋼水（shuǐ），並且也不（bú）汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精（jīng）煉裝置中應用（yòng）日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火（huǒ）材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，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（huǒ）材料主要包括白雲石質耐（nài）火材料（liào）、鎂（měi）白雲石質耐（nài）火材料（liào）、鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料。

其中，白雲石質（zhì）耐火材料是（shì）指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐（nài）火（huǒ）材（cái）料；鎂白雲石和（hé）鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料是用鎂石與白雲（yún）石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）力越強（qiáng）；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫（wēn）蠕變（biàn）越大，抗剝落性（xìng）能和脫硫、脫磷（lín）的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能越差。因此，應該根據爐（lú）外精煉等熱（rè）工設備的不同部位（wèi）使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲石質（zhì）耐火材料對淨化鋼水作用（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（sù）及SiO2、Al2O3等夾雜物的含（hán）量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中（zhōng）雜質及夾雜物以及（jí）脫氣、調（diào）整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料（liào）中的遊離CaO，易與鋼水中的（de）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。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也（yě）適合用於冶煉低氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼（gāng）、純淨鋼、特殊鋼等設備的（de）耐火材料。近年來，為了（le）淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗（hào），研究人員對（duì）白雲石質（zhì）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發，而CaO對MgO的揮發性（xìng）是有影響的（de），含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成（chéng）MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在（zài）高（gāo）溫真（zhēn）空條件（jiàn）下使用比（bǐ）純MgO質耐火材料更合（hé）適。

鋼水中（zhōng）的脫S反（fǎn）應中，要使（shǐ）鋼水S含量低，熔渣必須是（shì）CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶（róng）解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在（zài）高（gāo）溫下（xià）以氣態存在，在鋼水中的溶解度很（hěn）小（xiǎo），而CaO的氧勢也很（hěn）小，因此，精煉（liàn）設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用（yòng）CaO含量高即堿度高的熔渣有利（lì）脫P，因此（cǐ），用CaO含量高的（de）鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料同樣也有利脫P。

鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）的熱震穩定性高、抗渣滲（shèn）透（tòu）性好，特別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形（xíng）成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於（yú）H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉（liàn）設備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（xià）長期烘烤，充（chōng）分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響（xiǎng）

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍（lóng）光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高（gāo），具有很低的氧平衡分（fèn）壓，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，被認為是（shì）防止鋼水增氧的有效材料（liào）。

耐火材料對鋼中S的（de）影響：田琳等（děng）人試驗研究鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的反應，檢驗鎂（měi）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效果更好，脫S率達70.12%；超過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（yòng）白雲石（shí）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（de）再氧化（huà）能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材（cái）料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才（cái）研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含（hán）量的影（yǐng）響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，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。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼（gāng）水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐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（xiǎn）著影響（xiǎng）。連鑄過程（chéng）中，鋼包和中間包係統中使（shǐ）用保護套管保護（hù）主流（liú）時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效（xiào）地降低鋼（gāng）水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮（dàn）)含量的影響（xiǎng）：傳統（tǒng）耐火（huǒ）材料N含量很低，近年來氮化（huà）物在耐火材（cái）料中應用受到關（guān）注，如（rú）Sialon分解對鋼水造成增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，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研（yán）究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情（qíng）況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其（qí）餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增（zēng）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（diǎn）約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾（jiá）雜（zá）物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被（bèi）吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上（shàng）浮至保護渣層中；在鎂鈣質（zhì）耐火材料中的活性（xìng）CaO含（hán）量越高，吸附鋼水中夾雜物（wù）的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣磚的（de）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（zhì）部分致密程度高，較（jiào）不燒白雲石磚具有更好的（de）抗（kàng）高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高（gāo）堿度（dù）渣嚴重得多。相對而言，燒成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好（hǎo）於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具（jù）有良好的抵抗（kàng）高堿（jiǎn）度熔渣（zhā）的侵蝕和滲透能力，這是因為渣（zhā）與鎂鈣材（cái）料作用析出C3S，使材料表（biǎo）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（zhǔ）要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透（tòu）作用。

磐石鎂磚之鎂鈣碳磚的性（xìng）能（néng）及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定（dìng）性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的（de）含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣（zhā）侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗（kàng）侵（qīn）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（měi）鈣碳磚及鎂碳磚的（de）侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣（zhā）MgO—C磚蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構（gòu）剝落（luò），蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕，是因為在磚的界麵（miàn）上產生了C2S保護層；可（kě）是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕（shí）損率（lǜ）反而（ér）分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因（yīn）為其在高溫中及被（bèi）渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕（shí）嚴重。

孫惠章等人研究結果表（biǎo）明鎂白雲石碳（tàn）磚高溫抗氧化性和（hé）熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強（qiáng）；而且（qiě）磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫（tuō）P等，適合冶煉鋼的電（diàn）爐爐襯。

白雲石質耐火材（cái）料對（duì）潔淨（jìng）鋼的影響

潔淨鋼係（xì）指鋼中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含（hán）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（zhì），合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼（gāng）水從冶煉到（dào）精煉的整個（gè）過程（chéng）中，耐火材料（liào）始終與鋼水接觸，一般耐（nài）火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（huà）鋼水，除去（qù）鋼中的非金屬夾雜物，而且（qiě）不（bú）汙染環境。