徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水（shuǐ）的（de）淨化（huà）作用，總是認為耐火材料或多或（huò）少地會（huì）對鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）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）能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等爐外精（jīng）煉（liàn）裝（zhuāng）置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特（tè）征（zhēng）

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括白雲石質（zhì）耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、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（huò）電熔的白雲石（shí）做原料的定型或不定形耐火材（cái）料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂（měi）石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高（gāo）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（néng）力越強，高溫蠕變越大，抗（kàng）剝落性能和脫硫、脫（tuō）磷的效果越好，但抗水化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差。因（yīn）此，應該（gāi）根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件（jiàn），合理選（xuǎn）擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、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及夾雜物以（yǐ）及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉移到爐渣（zhā）中，具有除去雜質、淨（jìng）化鋼水的功能。由（yóu）於CaO的氧（yǎng）勢很（hěn）低，鎂鈣質耐火（huǒ）材料也適合用於冶煉低氧（yǎng）鋼，是爐外精（jīng）煉冶煉（liàn）潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備（bèi）的耐火材料。近年來（lái），為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗，研究（jiū）人員對白雲（yún）石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好（hǎo）的結（jié）果。

MgO在真（zhēn）空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影（yǐng）響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此（cǐ），MgO質材（cái）料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高（gāo）溫真空條件（jiàn）下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的（de）脫（tuō）S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣（zhā），並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材（cái）料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解（jiě）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（gài）質（zhì）耐火材料。溫度升高不利於（yú）脫（tuō）P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔（róng）渣有利脫P，因（yīn）此，用（yòng）CaO含量高的（de）鎂鈣質耐火材（cái）料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐（nài）火材料的熱震穩定性（xìng）高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐（nài）火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從（cóng）而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問（wèn）題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分（fèn）及有機添加物（wù）。熱力學分析認（rèn）為：要（yào）在（zài）1200℃下長期烘（hōng）烤（kǎo），充分排除其（qí）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

耐火材料對鋼中氧含量（liàng）的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩（wěn）定性高，具有很低的氧平衡分壓，在（zài）鋼水中的溶（róng）解度很小，被認為是防止鋼水（shuǐ）增氧的有效材（cái）料。

耐火材料對鋼中S的影（yǐng）響：田琳等人試驗研究（jiū）鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材（cái）料的脫S效果。結果表明：在1600℃下（xià），反應45min時（shí），脫S效果更好（hǎo），脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現（xiàn）象。為了使鋼（gāng）包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內（nèi）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（liào）對（duì）鋼中（zhōng）P含量的影響：匡加才（cái）研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的（de）影響（xiǎng）。實驗（yàn）結果表（biǎo）明：當澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量（liàng）大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進（jìn）一步提高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅有小幅度降低。

耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火（huǒ）材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時（shí），鋼水僅發（fā）生輕（qīng）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（jī）粘（zhān）結劑會對鋼水中的（de）H含量產生顯著影（yǐng）響（xiǎng）。連鑄過程中，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（xī）H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳統耐火材料N含量很低，近年（nián）來（lái）氮化（huà）物在耐火材（cái）料中應（yīng）用（yòng）受（shòu）到（dào）關注（zhù），如Sialon分解對鋼水造成增（zēng）N。更大的增N量在鋼包與中間包之間（jiān），保護套管（guǎn）非常（cháng）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（jiá）雜物的影響：田琳等（děng）人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼（gāng）水潔淨化的影響，實（shí）驗表明：在反應30min的情況下，隻（zhī）有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可（kě）與鎂鈣耐火材料中的CaO反（fǎn）應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化（huà）合（hé）物，熔點約為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（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點（diǎn）化合物（wù）被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料表麵上剝落下來上浮至保（bǎo）護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的（de）活性CaO含量越（yuè）高（gāo），吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料的抗侵（qīn）蝕性能（néng）：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂（měi）鈣（gài）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（zhā）侵蝕和滲透能力比較強。燒（shāo）成白雲石磚基（jī）質部分致密（mì）程（chéng）度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐（lú）渣對三種磚的侵蝕（shí）和滲透比高堿度渣嚴（yán）重得多。相對而言，燒成（chéng）的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的（de）燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好（hǎo）於CaO含量低（dī）的（de）鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿（jiǎn）度熔渣的侵（qīn）蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化（huà）而有效抑製熔渣的滲透（tòu）。低堿度熔渣（zhā）具有較強的侵蝕和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

泉州鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研（yán）究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚（zhuān）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性、抗熱（rè）震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越（yuè）高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也（yě）越好（hǎo）；C含量越高，抗渣侵（qīn）蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐（lú）的初期渣、中期渣和終期渣（zhā）分別對鎂鈣（gài）碳磚及鎂（měi）碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初（chū）期（qī）渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產生結（jié）構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的（de）侵蝕較輕，是（shì）因為在磚的界麵上產生了C2S保（bǎo）護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比（bǐ）MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）中及被渣中∑FeO溶解，所（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕（shí）嚴重。

孫（sūn）惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高（gāo）溫抗氧化性和熱震（zhèn）穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電（diàn）爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔（jié）淨鋼（gāng）係指鋼中有害成分（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得到控製，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。在鋼水從冶煉到精煉的整個（gè）過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般（bān）耐火材（cái）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，除（chú）去鋼中（zhōng）的（de）非金屬夾雜物，而且不汙染環境。