徐平坤

以前（qián），從煉鋼工藝的角度研究（jiū）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的淨化作用，總是認為耐（nài）火材料或多或（huò）少地會對鋼水（shuǐ）產生（shēng）汙染。可是通過對白雲石質（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，反而能淨化鋼（gāng）水，並且也不汙染環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然礦物原料（liào），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（bāo）括白（bái）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，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒（shāo）或電（diàn）熔的白雲石做原料的（de）定型或不定形耐火材料；鎂白雲（yún）石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石與白雲（yún）石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的（de）變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，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（de）能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該（gāi）根據爐外精煉等（děng）熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂（měi）鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石（shí）質（zhì）耐火材料（liào）對淨化鋼水作用的影響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質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（yào）爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具（jù）有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧（yǎng）鋼，是（shì）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（lái），為了淨化鋼水、延長（zhǎng）爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人（rén）員對白雲（yún）石（shí）質耐火（huǒ）材料進行了許多試（shì）驗研究，取得了（le）很好的結果（guǒ）。

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（hán）有10%～20%CaO（摩爾分數（shù））就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定（dìng）量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中（zhōng）的脫S反應（yīng）中，要使鋼水S含量低，熔渣（zhā）必須是CaO含量高的高堿度（dù）渣，並且鋼水中溶解的O含（hán）量盡可能要低。要使O含量低，就要（yào）選擇氧勢盡可能低的耐火（huǒ）材（cái）料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精（jīng）煉（liàn）設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度（dù）升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量（liàng）高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同（tóng）樣（yàng）也有利脫P。

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

關於（yú）H含量（liàng）的問題（tí），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及有機添加物。熱力（lì）學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水（shuǐ）分，就不存在鋼水中氫（qīng）（H）含量增高問題。

鎂鈣質（zhì）耐火材料對鋼水性（xìng）能（néng）的影響

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

耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果（guǒ）。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效（xiào）果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包（bāo）獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要（yào）的，這樣（yàng）一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力（lì），另一方麵可以避免（miǎn）強（qiáng）還原條件下鋼包渣（zhā）導致耐火材（cái）料的過度消（xiāo）耗。

耐火材料對鋼中P含量的（de）影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響（xiǎng）。實驗結果表（biǎo）明：當（dāng）澆注料中（zhōng）w（CaO）為25%時，鋼（gāng）中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含（hán）量的影響（xiǎng）：實驗表明（míng），使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用（yòng）時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火材料中的（de）水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水（shuǐ）中的H含量產生顯著影響。連鑄過程（chéng）中（zhōng），鋼包和中間包係統（tǒng）中使用保護套管（guǎn）保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包（bāo）、中（zhōng）間包烘烤，能有效地（dì）降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量（liàng）的影響：傳統耐火材（cái）料N含量很低，近年來氮化物在耐火材（cái）料中應用受到關（guān）注（zhù），如Sialon分解對鋼水造成（chéng）增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連（lián）鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐（nài）火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材料對管線鋼（gāng）鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情（qíng）況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼（gāng）水中的夾（jiá）雜物，其餘的堿性耐火材（cái）料（liào）均使鋼水（shuǐ）夾雜物數（shù）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（jiá）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（nài）火材（cái）料（liào）表麵，形成保護層，或者從鎂鈣（gài）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（nài）火材料中的活性CaO含量（liàng）越高，吸附鋼水中夾雜物的能力（lì）越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁（liáng）義兵等人采用靜態坩堝法研究（jiū）3種不鏽鋼冶煉（liàn）用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得出，CaO含量高的白雲（yún）石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力（lì）比較強。燒成白雲石磚基質部分致密（mì）程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐渣對三（sān）種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣（zhā）嚴重得多。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（shāo）成鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕能（néng）力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料（liào）具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材（cái）料表層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能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

北碚鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的（de）研究

鎂鈣碳磚主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的（de）特性外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳磚具有更好的真（zhēn）空穩定（dìng）性（xìng）、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量越高，抗剝（bāo）落性能越好，淨化鋼水的效果（guǒ）也越好；C含（hán）量越高，抗渣侵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（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣（zhā）分別對鎂鈣（gài）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MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚產生結構剝落（luò），蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因（yīn）為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是（shì）中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因（yīn）為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碳（tàn）磚高溫抗（kàng）氧化性和熱震穩定性好（hǎo），抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於（yú）鋼（gāng）水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白（bái）雲石質耐火材料對潔淨（jìng）鋼的影響

潔淨鋼係（xì）指（zhǐ）鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常（cháng）少，非金屬夾雜物不僅數量（liàng）少，而且尺寸很小和形態得（dé）到控製（zhì），合金元素成分（fèn）精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼（gāng）水接觸，一般（bān）耐火材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（cái）料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾（jiá）雜物，而且不汙（wū）染環境。