徐平坤

以（yǐ）前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度（dù），沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的（de）淨化作用，總是認為耐火材料（liào）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）理論研究和實際試驗，得（dé）出（chū）鎂鈣質材料不但不（bú）汙染鋼水，反而能（néng）淨化鋼水，並且也不汙染環境，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）是天然礦物原（yuán）料，煆燒（shāo）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（cái）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或電熔的白（bái）雲石做原料的定型或不定形耐（nài）火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂（měi）石與白雲石合成的（de）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FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水（shuǐ）化（huà）能力越強（qiáng）；CaO含量（liàng）越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕（rú）變越大，抗剝落性能和脫硫（liú）、脫磷的效果越好（hǎo），但抗水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位（wèi）使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼（gāng）、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（de）含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及（jí）夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等（děng）雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除（chú）去雜質（zhì）、淨化鋼水的功（gōng）能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純（chún）淨鋼、特殊（shū）鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延（yán）長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火（huǒ）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（jiàn）下容易揮（huī）發（fā），而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數）就可使MgO相對揮發性（xìng）大大降低。因此，MgO質材料中（zhōng）加入一定量的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含量高的高堿度渣，並且鋼（gāng）水中溶解的（de）O含量盡可能要低。要使O含量低，就（jiù）要選擇氧勢盡（jìn）可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫（wēn）下以氣態存在，在鋼（gāng）水中的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此（cǐ），精煉（liàn）設備應該選用鎂鈣質（zhì）耐火材料。溫（wēn）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（liàng）高的鎂鈣質耐火材（cái）料同樣也有利脫P。

鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）的熱震穩定性高、抗渣（zhā）滲透性好，特（tè）別是熔（róng）渣中SiO2滲入會與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，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精（jīng）煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加（jiā）物。熱力學分析認為：要在1200℃下長（zhǎng）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。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐（nài）火材料對（duì）鋼中氧含（hán）量的（de）影響：王龍（lóng）光等人認（rèn）為MgO—CaO耐火材料（liào）中的CaO熱力學（xué）穩定性高（gāo），具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶（róng）解度很小（xiǎo），被認（rèn）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（tián）琳（lín）等人試驗研究鎂鈣（gài）磚（zhuān）與鋼水中S的反應（yīng），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效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低（dī），出現“回（huí）S”現象。為了使鋼包獲得有效的（de）脫（tuō）S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可（kě）以盡可能降低鋼包內襯的再氧（yǎng）化能力，另（lìng）一方麵可以避免（miǎn）強還原（yuán）條件下鋼包渣（zhā）導致耐（nài）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（jiāo）注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原（yuán）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（huǒ）材料對鋼水碳（tàn）含量的影響：實驗表明，使用含C耐（nài）火材料（liào），鋼水顯著（zhe）增C，當（dāng）同（tóng）一製品第二次使（shǐ）用時，鋼水僅發（fā）生輕微（wēi）增C。

耐火材料對鋼中（zhōng）H(氫（qīng）)含量的影響：耐火材料中的（de）水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生（shēng）顯著影響。連（lián）鑄（zhù）過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流（liú）時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能（néng）有（yǒu）效地降（jiàng）低鋼水的吸H量。

耐火（huǒ）材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很（hěn）低，近年（nián）來氮化物（wù）在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造（zào）成增N。更大的增N量在鋼（gāng）包與（yǔ）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。

耐火材料對鋼水中夾（jiá）雜物的影（yǐng）響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實（shí）驗（yàn）表明：在反（fǎn）應（yīng）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（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生（shēng）成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右（yòu），可有（yǒu）效地去除鋼中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應生成（chéng）C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔（róng）點化合物被吸（xī）附鎂鈣（gài）質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）表麵上剝落下來上浮至保護（hù）渣層中；在鎂（měi）鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等人采用（yòng）靜態坩堝法研（yán）究3種不（bú）鏽鋼冶（yě）煉用鎂鈣磚（zhuān）的（de）抗渣性（xìng）。試驗結果得出，CaO含量（liàng）高（gāo）的白雲石（shí）磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能（néng）力比（bǐ）較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度（dù）高，較不燒白雲（yún）石磚具有（yǒu）更好的抗高堿度渣（zhā）侵蝕性。堿度較低的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（shāo）成的（de）鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕性（xìng）明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒（shāo）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（zhā）與（yǔ）鎂鈣材料作用析（xī）出（chū）C3S，使（shǐ）材（cái）料（liào）表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣（zhā）具有較強的侵（qīn）蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透（tòu）作用。

阜陽鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣（gài）磚的特性外，鎂鈣（gài）碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性（xìng）、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水（shuǐ）的效果也越好（hǎo）；C含量越高，抗渣侵蝕和抗（kàng）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（chū）期渣、中期渣和終期渣（zhā）分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚（zhuān）的侵蝕進行實驗。實驗結果表（biǎo）明：初期渣MgO—C磚（zhuān）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（qīn）蝕較輕，是因為在磚（zhuān）的界麵上產生了C2S保（bǎo）護層；可（kě）是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

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

白雲石質耐火材料對（duì）潔淨鋼的影響

潔淨鋼（gāng）係指鋼中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含量（liàng）非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到（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（gāng）水從冶煉到精煉（liàn）的整個過程中，耐火材料始終（zhōng）與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲（yún）石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼（gāng）中的非金屬夾雜物，而且不汙染環（huán）境。