徐平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考（kǎo）慮與鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材料對鋼水的淨化作用，總是認（rèn）為耐（nài）火材料或多或（huò）少地會對鋼水產生汙染。可是通過對（duì）白雲石質（鎂鈣質）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（ér）能淨化鋼水，並且也不（bú）汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中（zhōng）應用日益增加。

白（bái）雲石與（yǔ）鎂鈣（gài）質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然礦物原（yuán）料，煆（duàn）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料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐（nài）火材料。

其中，白（bái）雲石質耐火材料是指全部用煆燒（shāo）或電熔的白（bái）雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料是用鎂石與白雲石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響（xiǎng）鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和（hé）脫硫、脫磷的效果（guǒ）越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設（shè）備的不同部位使用條件（jiàn），合理選擇（zé）鎂鈣質耐火材料中（zhōng）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（tè）殊鋼（gāng）等（děng）對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含（hán）量要求嚴格（gé），需要（yào）爐外精煉除去鋼（gāng）中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和（hé）均（jun1）勻化（huà）等。鎂鈣（gài）質耐火材料中的遊（yóu）離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具（jù）有（yǒu）除去雜質、淨化鋼水的功能（néng）。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低（dī）氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化（huà）鋼水、延長爐襯壽命、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（xǔ）多試驗（yàn）研究（jiū），取得了（le）很（hěn）好（hǎo）的結果。

MgO在真空條（tiáo）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（jiàng）低。因此，MgO質材料中（zhōng）加入一定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空（kōng）條件下使用比純MgO質耐火（huǒ）材料（liào）更合適。

鋼水中的脫（tuō）S反應中（zhōng），要使鋼（gāng）水（shuǐ）S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水（shuǐ）中溶解的O含量盡可能（néng）要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以（yǐ）氣（qì）態存在，在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，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。溫度升高不利於脫P，但鋼包中（zhōng）采用CaO含量高即（jí）堿度高的熔（róng）渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火（huǒ）材料同樣也有利脫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（zhōng）SiO2滲（shèn）入會與MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反應（yīng）生（shēng）成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製熔渣的（de）滲透。

關於H含量的問題（tí），采（cǎi）用真空精煉，其H主要來自（zì）熔渣或精煉設備內襯耐（nài）火（huǒ）材料（liào）的（de）水分及有機添加（jiā）物。熱力學分析認為：要在（zài）1200℃下長期（qī）烘烤，充分排除其中的水（shuǐ）分，就不存在鋼水中氫（H）含（hán）量增高問題。

鎂鈣（gài）質耐火材料對鋼水性能的影響（xiǎng）

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩（wěn）定性（xìng）高，具有很低（dī）的氧平衡分壓，在鋼水中（zhōng）的溶解（jiě）度很（hěn）小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等（děng）人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果（guǒ）表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效（xiào）果（guǒ）更好，脫S率（lǜ）達70.12%；超過45min，脫S率（lǜ）降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲（huò）得有效的（de）脫S效果，使用白雲（yún）石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵（miàn）可以盡可能降低鋼包內襯（chèn）的再氧化能力，另一方麵可（kě）以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材（cái）料的過度消耗。

耐（nài）火材（cái）料對鋼（gāng）中（zhōng）P含量的影響：匡加才（cái）研究（jiū）MgO—CaO質澆注（zhù）料對（duì）鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始（shǐ）的0.1%降低到（dào）0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含（hán）量僅有小幅度（dù）降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使（shǐ）用含C耐火材料，鋼水顯著增（zēng）C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火（huǒ）材料中的水分以及其中的有機粘結劑（jì）會（huì）對鋼水中的H含量產（chǎn）生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中（zhōng）使用保護套管保（bǎo）護主（zhǔ）流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能（néng）有效地降低鋼水的（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（huà）物在耐火材料中應（yīng）用受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼水造成增N。更大（dà）的增N量在鋼包與中間包（bāo）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（zēng）N可達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料對（duì）鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻（gè）耐火材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，其餘的堿性耐火材料（liào）均使鋼水（shuǐ）夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂鈣（gài）耐（nài）火（huǒ）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(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵上剝落下來上浮（fú）至保護（hù）渣層中；在鎂（měi）鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高（gāo），吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐（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（zhā）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（bǐ）較強。燒成（chéng）白雲石磚基（jī）質部分致密程度（dù）高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較（jiào）低（dī）的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重（chóng）得多（duō）。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂（měi）鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密（mì）化而有（yǒu）效抑製熔渣的滲透。低堿（jiǎn）度熔（róng）渣具（jù）有較強的（de）侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲（shèn）透作用。

銅陵鎂磚之鎂鈣碳磚的性能（néng）及抗（kàng）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（lèi）複雜。除具備鎂鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更（gèng）好的真空穩定性、抗熱（rè）震性（xìng）。鎂鈣碳（tàn）磚的性能同時取決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量越高，抗剝落性能越（yuè）好，淨化鋼（gāng）水的（de）效果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和（hé）抗剝落性能（néng）越強。

鎂（měi）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侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較輕，是因為在（zài）磚（zhuān）的界麵上（shàng）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（fǎn）而分別比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為（wéi）其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

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

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（shǎo），非金屬夾（jiá）雜物不（bú）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（xìng）能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中（zhōng），耐火材料始（shǐ）終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或（huò）多或少總有些汙（wū）染（rǎn），唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化（huà）鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。