徐平坤

以前，從煉鋼工藝的（de）角度研究提高（gāo）鋼的純（chún）淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是（shì）認為耐火（huǒ）材料或多或少（shǎo）地（dì）會（huì）對鋼水產生汙染。可是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣質（zhì））耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨（jìng）化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應（yīng）用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材（cái）料的特征

白（bái）雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）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。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材（cái）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（zhǐ）全部用煆燒（shāo）或電熔的白雲石做原料的定型或不定（dìng）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耐火材料（liào）。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（yuè）高（gāo），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（wēn）蠕變越大，抗剝落性能和（hé）脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越（yuè）差。因此（cǐ），應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位（wèi）使用條件，合理選擇鎂鈣（gài）質耐火材料中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料（liào）對（duì）淨化鋼水（shuǐ）作用的影響

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，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾（jiá）雜（zá）物以及脫氣、調整化學成分和（hé）均勻化等。鎂鈣質（zhì）耐火材料中的遊離（lí）CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢（shì）很低，鎂鈣質耐（nài）火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是（shì）爐外精（jīng）煉冶（yě）煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的（de）耐火材料。近年來，為了淨化（huà）鋼水、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗，研究人（rén）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。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含（hán）有（yǒu）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（rù）一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火（huǒ）材料更合適。

鋼水中的脫S反應（yīng）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（shǐ）O含量低（dī），就要選擇氧勢盡可能（néng）低的耐（nài）火材料，Mg與Ca在（zài）高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該（gāi）選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利（lì）於脫P，但鋼包中采用CaO含量高（gāo）即堿度高的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同（tóng）樣（yàng）也有利脫P。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的熱震穩定性高、抗（kàng）渣（zhā）滲（shèn）透性好（hǎo），特別是熔渣中SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐火材料中的（de）CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形（xíng）成保護層（céng），從而抑製（zhì）熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空（kōng）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有機添加物。熱力學分析認為：要（yào）在1200℃下（xià）長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中（zhōng）氫（H）含量增高問題。

鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料對鋼水性能的（de）影響

耐（nài）火（huǒ）材料（liào）對鋼中（zhōng）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（dìng）性高，具有（yǒu）很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認（rèn）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（gāng）水中（zhōng）S的反應（yīng），檢驗鎂鈣質耐火材料（liào）的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效（xiào）果更好，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（yǒu）效的脫S效（xiào）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（zài）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材料的過度消耗。

耐火材料對（duì）鋼（gāng）中P含量的影響：匡加才研（yán）究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結（jié）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（gāng）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（shí）驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯（xiǎn）著增C，當（dāng）同一製品第（dì）二次使用時，鋼水僅發（fā）生輕微增C。

耐火材料（liào）對鋼中H(氫)含量的影響：耐（nài）火材料中的水分以及其（qí）中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中（zhōng）間包係統中使用保護套（tào）管保護主（zhǔ）流時，有（yǒu）機粘結（jié）劑導致吸H。對（duì）鋼包、中間包烘烤，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（de）影響：傳統耐火材（cái）料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量（liàng）在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長（zhǎng）水口保護，此（cǐ）處增N可達（15~30）×10-6。

耐（nài）火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材（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（zhì）耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾（jiá）雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火（huǒ）材（cái）料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔（róng）點化合物被吸附鎂鈣質耐火材（cái）料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料（liào）表麵上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，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出（chū），CaO含量高的白雲石磚（zhuān）抗高（gāo）堿度的AOD渣侵蝕和滲透（tòu）能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較（jiào）不（bú）燒白雲石磚（zhuān）具有更好的抗高（gāo）堿度渣侵蝕性。堿度較低的（de）VOD爐渣對三種磚的侵（qīn）蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕（shí）性明顯好於不燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度（dù）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（dǐ）抗（kàng）高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材（cái）料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑（yì）製熔渣的（de）滲透。低堿（jiǎn）度熔渣具（jù）有（yǒu）較強的侵蝕和滲（shèn）透能力，主（zhǔ）要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透（tòu）作用。

瓊海鎂磚之鎂鈣碳磚的性（xìng）能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具（jù）備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更（gèng）好的真空穩定（dìng）性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於（yú）CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗（kàng）剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗剝落性能（néng）越強。

鎂鈣碳磚的（de）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。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產生（shēng）結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較（jiào）輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層（céng）；可是中期渣和（hé）終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕（shí）損（sǔn）率反（fǎn）而分別比（bǐ）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磚侵蝕嚴重。

孫惠（huì）章等人研（yán）究結果表明鎂白（bái）雲（yún）石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗（kàng）酸性熔渣能力強；而（ér）且磚中的（de）CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫（tuō）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響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬夾雜（zá）物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得（dé）到控製，合金元素成分精準並且（qiě）分（fèn）布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品質。在（zài）鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火（huǒ）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汙染，唯有白（bái）雲石質即鎂鈣質耐火材（cái）料能（néng）淨化（huà）鋼水，除去鋼（gāng）中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。