徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼（gāng）的純淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼水直接接觸的耐（nài）火材料對鋼（gāng）水的淨化（huà）作用，總是認（rèn）為耐火材料或多或少地會（huì）對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂（měi）鈣質材料不（bú）但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染（rǎn）環（huán）境，在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼包（bāo）等爐外精煉裝置中（zhōng）應用日（rì）益增加。

白雲石與鎂（měi）鈣質耐火材料的特（tè）征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論（lùn）組（zǔ）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（kuò）白（bái）雲石質耐（nài）火材料、鎂白（bái）雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

其中，白雲石（shí）質耐火材料是指全部用（yòng）煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材（cái）料；鎂白雲石和鎂（měi）鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影（yǐng）響鎂鈣質製品（pǐn）的高溫使用性能，MgO含量（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗（kàng）水化能力（lì）越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能（néng）力越強，高溫蠕（rú）變越大，抗剝（bāo）落性（xìng）能（néng）和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該（gāi）根據爐外精煉等熱（rè）工設備的不同部位使用條件，合理選擇（zé）鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔（jié）淨鋼、特殊（shū）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（lú）外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整（zhěng）化學成分和（hé）均勻化等。鎂鈣質（zhì）耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中（zhōng）的S、P等雜質反（fǎn）應（yīng），使其轉移到爐渣中，具有除（chú）去（qù）雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的（de）氧（yǎng）勢很低，鎂鈣質耐（nài）火材料也（yě）適（shì）合用於（yú）冶煉低氧鋼，是爐外精（jīng）煉冶（yě）煉（liàn）潔淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為（wéi）了淨化鋼（gāng）水、延長爐襯（chèn）壽命（mìng）、降低耐火材料消耗，研究（jiū）人員對白雲（yún）石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易（yì）揮發（fā），而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可（kě）使MgO相對揮（huī）發性大大降低。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，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材（cái）料更合（hé）適。

鋼水中的脫S反（fǎn）應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的（de）高堿度渣，並且鋼水中溶解（jiě）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料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態存在，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（shēng）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（tuō）P，因此，用CaO含量（liàng）高的鎂鈣質耐火材料同樣也（yě）有利脫P。

鎂鈣質耐火材料（liào）的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物（wù）C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來（lái）自熔渣或精（jīng）煉設備內襯（chèn）耐火材（cái）料（liào）的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不（bú）存在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性（xìng）能的影響

耐火（huǒ）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（xué）穩定性高（gāo），具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中（zhōng）S的影響：田琳等人（rén）試驗研究（jiū）鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的反應，檢（jiǎn）驗鎂鈣質耐（nài）火材料的（de）脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應（yīng）45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象（xiàng）。為了使（shǐ）鋼包獲得有效的脫（tuō）S效果，使用白（bái）雲石質鋼包內襯是很必要的，這（zhè）樣一方麵可以盡可能降低（dī）鋼包內（nèi）襯的再氧化能力（lì），另一方麵可以避免強還原（yuán）條件下鋼包渣導致耐火材料（liào）的過度（dù）消（xiāo）耗。

耐火材料對鋼中P含量的影（yǐng）響：匡加才（cái）研（yán）究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量（liàng）的影響。實驗結果（guǒ）表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度（dù）降低，由原始的0.1%降（jiàng）低到0.01%，進（jìn）一步（bù）提高CaO含量，鋼中P含量僅（jǐn）有小（xiǎo）幅度降低。

耐火材料對鋼水（shuǐ）碳含量的影響：實驗（yàn）表明，使（shǐ）用（yòng）含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕（qīng）微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含（hán）量的影響：耐（nài）火材料中的水分以及其中（zhōng）的有機粘結劑會對鋼水中的H含量（liàng）產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間（jiān）包係統中使用保護（hù）套管保護（hù）主流時，有機粘結劑導致吸（xī）H。對鋼包、中間包烘烤（kǎo），能有效地降低（dī）鋼水的（de）吸H量。

耐火（huǒ）材料（liào）對鋼中N(氮)含（hán）量的影響：傳統耐（nài）火材料N含量很低（dī），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（gèng）大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火（huǒ）材料對鋼水中（zhōng）夾（jiá）雜物的（de）影響：田琳等人研究了鎂鈣、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，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜（zá）物，其餘的（de）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（nài）火材料中的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的（de）複合（hé）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（fǎn）應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵，形（xíng）成保護層，或者從鎂鈣質耐火材（cái）料表（biǎo）麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的活性CaO含量越高，吸附（fù）鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能（néng）：梁（liáng）義兵等（děng）人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣（gài）磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲（yún）石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲（shèn）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（yún）石磚具有更好（hǎo）的抗高堿度渣侵蝕性（xìng）。堿度較低的（de）VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透（tòu）比高堿度渣嚴（yán）重得多（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磚，CaO含量高的燒成鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的（de）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（yīn）為渣與（yǔ）鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣（zhā）的（de）滲透。低堿度熔渣具有較強的（de）侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基（jī）質的強溶蝕並滲透作用。

文昌鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要（yào）性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳（tàn）磚具有更好的真（zhēn）空（kōng）穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量越高（gāo），抗剝落性能越好，淨化鋼（gāng）水的效果也越好；C含量越高，抗（kàng）渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的（de）初期（qī）渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳（tàn）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磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生結（jié）構剝落，蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較輕，是（shì）因為在磚（zhuān）的界麵上產生了C2S保（bǎo）護層；可是中期渣（zhā）和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別（bié）比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中（zhōng）及被渣中（zhōng）∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等（děng）人研究結（jié）果表明（míng）鎂白雲石碳磚高（gāo）溫抗氧（yǎng）化（huà）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（děng），適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐（nài）火材料對潔（jié）淨（jìng）鋼的影響

潔淨鋼係指鋼（gāng）中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅（jǐn）數量少，而（ér）且尺寸很小和形態（tài）得（dé）到（dào）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（jīng）煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或（huò）多或（huò）少總有些汙染（rǎn），唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼（gāng）水，除去鋼中的非金（jīn）屬夾雜物，而且不（bú）汙染環境。