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（lǜ）與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用（yòng），總是認為耐（nài）火（huǒ）材（cái）料或多或少地會對鋼水產生汙染（rǎn）。可是通過對白雲（yún）石質（鎂鈣質）耐火材料的理（lǐ）論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料（liào）不但不汙染（rǎn）鋼水，反而（ér）能（néng）淨化（huà）鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精（jīng）煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒（shāo）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括白雲石質耐火材料、鎂（měi）白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全（quán）部用煆（duàn）燒或電熔（róng）的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的（de）耐火材料。MgO、CaO含量的（de）變化影響鎂鈣質製品的（de）高溫使用性能（néng），MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗水化能（néng）力越（yuè）強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果（guǒ）越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條（tiáo）件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）火材（cái）料對淨化（huà）鋼水作用的影響（xiǎng）

潔淨鋼（gāng）、特殊鋼等對鋼中的（de）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，需要爐外精煉除去鋼中雜質（zhì）及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料（liào）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（lú）渣中（zhōng），具有除（chú）去雜（zá）質、淨化鋼（gāng）水的功能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶煉低氧鋼（gāng），是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為（wéi）了淨化鋼水、延長（zhǎng）爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗，研究人員對（duì）白（bái）雲石質耐火（huǒ）材料進行（háng）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（fā），而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就（jiù）可使（shǐ）MgO相對揮發性（xìng）大大（dà）降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐（nài）火材料更（gèng）合適。

鋼（gāng）水中的（de）脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含（hán）量（liàng）高的高堿度渣，並且（qiě）鋼水（shuǐ）中溶解的O含量盡可能要低。要使O含（hán）量（liàng）低（dī），就要選擇（zé）氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態（tài）存在，在鋼水中的溶解度（dù）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材料。溫度升高（gāo）不利於脫P，但鋼包中采用（yòng）CaO含量高即（jí）堿度高的熔渣有利（lì）脫P，因此，用CaO含（hán）量高的鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料同樣（yàng）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，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中（zhōng）的CaO反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（tòu）。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其（qí）H主要來（lái）自熔渣（zhā）或精煉設備內襯耐火材（cái）料（liào）的水分及有機添加物（wù）。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘（hōng）烤，充（chōng）分排除其中（zhōng）的水分（fèn），就不存在鋼水中氫（H）含量增高問（wèn）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（yǐng）響：王龍光等人（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（yǎng）平衡分壓（yā），在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水（shuǐ）增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的（de）影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效（xiào）果。結果表明：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S”現象。為了使鋼包（bāo）獲得（dé）有效的脫S效果，使用白雲石質（zhì）鋼包內襯是很必要的，這（zhè）樣一方麵可以盡可（kě）能降低鋼（gāng）包內襯的（de）再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火（huǒ）材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加（jiā）才研究（jiū）MgO—CaO質澆注料對鋼中（zhōng）P含量的影響。實驗結果表（biǎo）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%，進一步提（tí）高CaO含量，鋼中P含量（liàng）僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響（xiǎng）：實驗表明，使用含C耐火材料（liào），鋼水顯著增C，當同一製品第（dì）二（èr）次使用（yòng）時，鋼（gāng）水僅發生（shēng）輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含（hán）量（liàng）的影（yǐng）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（liàng）產生顯著影響。連鑄過程中，鋼（gāng）包和（hé）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（jiān）包烘烤，能有效（xiào）地（dì）降低鋼水的吸（xī）H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的（de）影響：傳統耐火（huǒ）材（cái）料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應（yīng）用受到關注，如Sialon分解對（duì）鋼水造（zào）成增N。更大的增N量在鋼包與中（zhōng）間包之間，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（cái）料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂（měi）鉻耐火材（cái）料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材（cái）料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火材（cái）料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點（diǎn）約為（wéi）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（sān）鈣（gài）)高熔點化合（hé）物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物（wù）的能力越強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的抗侵（qīn）蝕性能：梁義（yì）兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚（zhuān）的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲（yún）石磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能力比（bǐ）較強。燒成白雲石磚（zhuān）基（jī）質部分致密程度高，較（jiào）不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣（zhā）對三種磚的侵（qīn）蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言（yán），燒成的鎂（měi）鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕性明（míng）顯好於不燒（shāo）鎂鈣磚，CaO含（hán）量高的燒成鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕能力（lì）好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料（liào）具有良好的抵抗高堿度（dù）熔渣（zhā）的侵蝕和滲透能力，這（zhè）是因為渣與（yǔ）鎂鈣材料（liào）作用析出C3S，使材料表層致密化而有效（xiào）抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較（jiào）強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

欽州鎂磚之鎂鈣碳磚的性能（néng）及抗侵蝕的研究

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（zhuān）的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳（tàn）磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）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，淨化鋼水的（de）效果（guǒ）也越好；C含量越高（gāo），抗渣侵（qīn）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（zhōng）期渣和終期渣分（fèn）別對（duì）鎂（měi）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磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生結構剝落，蝕損最嚴（yán）重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為（wéi）在磚的界麵上產生了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（zhuān）侵蝕嚴重。

孫惠（huì）章等人研究結（jié）果表明鎂白雲石碳磚高（gāo）溫抗氧（yǎng）化性和熱震穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於（yú）鋼水的（de）脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材（cái）料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成（chéng）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（tài）得到控製，合金（jīn）元素成分精準（zhǔn）並且分布均勻，使鋼材具（jù）有高性（xìng）能、高品質（zhì）。在鋼（gāng）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，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些（xiē）汙（wū）染，唯有白（bái）雲石質即鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料（liào）能淨化鋼（gāng）水，除去鋼中的非金（jīn）屬夾雜物，而且不汙染環境。