徐平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝的角（jiǎo）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（liào）對鋼（gāng）水的淨化作用，總是認（rèn）為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的（de）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（shuǐ），反而能淨化鋼水（shuǐ），並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等爐外精煉裝置中（zhōng）應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火（huǒ）材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）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（nài）火材料主要包括（kuò）白雲石質耐火材料、鎂（měi）白雲石質耐火材料（liào）、鎂鈣質（zhì）耐火材料。

其中，白雲（yún）石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料（liào）的定型或不定形耐火材料；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（nài）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（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和（hé）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（dà），抗剝落性能和脫硫、脫磷（lín）的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能越（yuè）差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件（jiàn），合理（lǐ）選擇鎂鈣（gài）質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲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（jí）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及脫氣、調整化學成分和均（jun1）勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離（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（zhì）、淨化（huà）鋼水的（de）功（gōng）能。由於CaO的氧勢（shì）很（hěn）低，鎂鈣質耐火材料也（yě）適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶（yě）煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。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（yuán）對白雲石（shí）質耐火材料進行了許（xǔ）多試（shì）驗研究（jiū），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（liào）中（zhōng）加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料（liào），在高溫真空（kōng）條件下使用比純MgO質耐火材料（liào）更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿（jiǎn）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（shì）盡可能低的耐火（huǒ）材料，Mg與Ca在高溫下以（yǐ）氣（qì）態存在，在鋼（gāng）水中的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設（shè）備應（yīng）該選（xuǎn）用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包（bāo）中（zhōng）采用CaO含量高（gāo）即堿度高的熔渣有利（lì）脫P，因此，用（yòng）CaO含量高的鎂鈣質耐火材料（liào）同（tóng）樣也有利脫P。

鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料的（de）熱震（zhèn）穩（wěn）定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中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,形成保（bǎo）護層（céng），從而（ér）抑製熔渣的滲透。

關於H含量的（de）問題（tí），采用真空精煉，其H主要來自（zì）熔渣或精煉設備內襯耐（nài）火材料的水分及有機添（tiān）加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充（chōng）分排除其中的水分，就不（bú）存在鋼水中（zhōng）氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水（shuǐ）性能的影響

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

耐（nài）火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚（zhuān）與鋼（gāng）水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明（míng）：在1600℃下，反應45min時（shí），脫S效果更好，脫S率（lǜ）達70.12%；超過45min，脫S率降（jiàng）低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使（shǐ）用（yòng）白雲石質鋼包內襯是很必要的，這（zhè）樣（yàng）一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方（fāng）麵可以避免強還原條件下（xià）鋼包渣導致耐火材料的過度（dù）消耗。

耐火（huǒ）材料對鋼中P含量的（de）影響：匡加才研（yán）究MgO—CaO質澆注料對（duì）鋼中P含（hán）量的影響。實驗結果表明：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大（dà）幅度降低（dī），由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高（gāo）CaO含量，鋼中P含量僅（jǐn）有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗（yàn）表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著（zhe）增C，當同一（yī）製品第二（èr）次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫（qīng）)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有（yǒu）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（zhōng），鋼包和中間包係統中使用保（bǎo）護套管保護主流時，有機粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能（néng）有（yǒu）效地降（jiàng）低鋼水的（de）吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：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（guān）注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與（yǔ）中間包（bāo）之間，保護（hù）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（huǒ）材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材料（liào）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（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（shù）量（liàng）增加。Al2O3、SiO2等（děng）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，熔點約為1400℃左（zuǒ）右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點（diǎn）化合物被吸附鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵，形成保護（hù）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的活性CaO含量越高（gāo），吸附鋼水中（zhōng）夾雜物的能（néng）力越強。

鎂（měi）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種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高（gāo）的白雲石（shí）磚（zhuān）抗高（gāo）堿度（dù）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，較不燒白雲石磚具有更好的抗高（gāo）堿度渣侵蝕性。堿（jiǎn）度較低（dī）的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴重得多。相（xiàng）對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量（liàng）低（dī）的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材料（liào）具有（yǒu）良（liáng）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（yòng）析出C3S，使材料表層（céng）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（tòu）能力，主（zhǔ）要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

上海鎂磚之（zhī）鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種（zhǒng）類複雜。除具備鎂（měi）鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好（hǎo）的真（zhēn）空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能（néng）同（tóng）時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗（kàng）剝落（luò）性能越好，淨化（huà）鋼（gāng）水的效果也越好（hǎo）；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）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（de）初期渣、中期渣和終期渣分別對（duì）鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較（jiào）輕，是因為在（zài）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（de）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（zhā）中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等（děng）人研究結果表明鎂白（bái）雲石碳磚高溫抗氧化（huà）性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼（gāng）水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐（lú）爐襯。

白雲（yún）石質耐火材料（liào）對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有（yǒu）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（hěn）小和形（xíng）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（pǐn）質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程（chéng）中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水（shuǐ）或多或少（shǎo）總有些汙染，唯有（yǒu）白雲石質即鎂鈣質耐火（huǒ）材料能淨化鋼水，除去鋼中的非（fēi）金屬夾雜物，而且不汙染環境。