徐平坤

以前（qián），從煉鋼工藝的角度研究提高鋼（gāng）的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對（duì）鋼水的淨（jìng）化作用（yòng），總是認為耐火材料或多或少（shǎo）地（dì）會對鋼（gāng）水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣（gài）質（zhì））耐火材料的（de）理論研究和實際試驗（yàn），得出（chū）鎂鈣質（zhì）材料不但不汙染鋼（gāng）水，反而能淨化鋼水，並且（qiě）也不汙染環（huán）境，在（zài）AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石（shí）與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦物原料，煆燒後的理論組（zǔ）成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白（bái）雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔（róng）的白雲石做原料的定型（xíng）或不定形耐火材料；鎂白（bái）雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成（chéng）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（kàng）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（luò）性能和脫硫、脫磷的效果（guǒ）越好，但抗水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越（yuè）差。因此，應該根（gēn）據爐外精煉等熱工設備的不同部（bù）位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料（liào）對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼等對鋼中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量要求嚴格，需要爐外精（jīng）煉除去鋼中雜（zá）質及（jí）夾雜物以及脫氣、調整化學（xué）成（chéng）分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的（de）遊離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的氧勢很（hěn）低，鎂鈣質（zhì）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、純淨鋼、特殊鋼等設備（bèi）的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延（yán）長爐襯壽命（mìng）、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗（yàn）研究（jiū），取得了很好的結果。

MgO在真空條件（jiàn）下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的（de）揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相（xiàng）對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高（gāo）溫真空條件下使（shǐ）用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫（tuō）S反應中，要使鋼（gāng）水（shuǐ）S含量低，熔渣必須是（shì）CaO含量高的高堿度渣，並且（qiě）鋼水（shuǐ）中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量（liàng）低，就（jiù）要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設備應（yīng）該選用鎂鈣質耐火材料（liào）。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣（gài）質耐火材料同（tóng）樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣（zhā）滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔（róng）渣的滲透。

關於H含量的問（wèn）題，采用真（zhēn）空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材（cái）料的水分及有機添加物（wù）。熱（rè）力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤（kǎo），充分排除其中的水分，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（de）影響

耐火材料對鋼中氧（yǎng）含量的影響：王龍（lóng）光等人（rén）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（yǎng）平衡分壓，在鋼水中（zhōng）的（de）溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的（de）有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研（yán）究鎂鈣（gài）磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下（xià），反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低（dī），出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必（bì）要的，這樣一方麵可以盡可（kě）能降低鋼包內襯的再（zài）氧（yǎng）化能力，另一方麵可（kě）以避（bì）免強還原條件下鋼包渣（zhā）導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響（xiǎng）：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量（liàng）的影響。實（shí）驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中（zhōng）P含量大幅度降低，由（yóu）原始的0.1%降低到0.01%，進一（yī）步（bù）提高CaO含量（liàng），鋼中P含量僅有小幅度降低（dī）。

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

耐火材料對鋼（gāng）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（liàng）產生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中（zhōng），鋼包和中間（jiān）包係統中使用保護套管保護主流時，有（yǒu）機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火（huǒ）材料（liào）對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很（hěn）低，近年來氮化物在耐（nài）火材料中（zhōng）應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包（bāo）之間（jiān），保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口（kǒu）保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐（nài）火材（cái）料對鋼（gāng）水中夾雜物的影響：田琳等人研究（jiū）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（biǎo）明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水（shuǐ）中的夾（jiá）雜物，其餘（yú）的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點（diǎn）約（yuē）為1400℃左右，可有效（xiào）地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應（yīng）生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)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（liào）中的活性CaO含量越（yuè）高，吸附（fù）鋼水中（zhōng）夾雜物的能力越強。

鎂（měi）鈣（gài）質耐（nài）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（liàn）用鎂鈣磚的抗渣性。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堿度渣侵蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒（shāo）鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能（néng）力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具（jù）有良好的抵抗高（gāo）堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這（zhè）是因為渣與鎂鈣材（cái）料作用析出C3S，使材料（liào）表層致密化而有（yǒu）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（róng）渣對基（jī）質的強溶蝕並滲透作用。

深圳鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚的性（xìng）能及抗侵蝕的（de）研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成鎂鈣磚種類複雜。除（chú）具備鎂鈣（gài）磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳磚具有（yǒu）更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時（shí）取決於CaO及C的含（hán）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（liàng）越高，抗（kàng）渣侵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、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的（de）侵（qīn）蝕進行實驗。實驗（yàn）結果表明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產（chǎn）生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期（qī）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（wéi）其在高（gāo）溫（wēn）中及被渣中∑FeO溶解，所（suǒ）以比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴重。

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

白（bái）雲石質耐（nài）火材（cái）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）金屬夾雜物不僅數（shù）量少（shǎo），而且尺寸很小（xiǎo）和形（xíng）態得到控製，合金（jīn）元（yuán）素（sù）成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高（gāo）品質。在鋼水（shuǐ）從冶煉到精煉的整個過程中（zhōng），耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多（duō）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，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。