徐平坤

以（yǐ）前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對（duì）鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染（rǎn）。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料（liào）的理論研究和實際試驗，得（dé）出（chū）鎂鈣質（zhì）材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲（yún）石（shí）與鎂鈣質耐火材料的特征

白（bái）雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆（duàn）燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）主要包括白（bái）雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質（zhì）耐火材料。

其中（zhōng），白雲石質耐（nài）火（huǒ）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火材料；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含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和（hé）抗水化能（néng）力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大（dà），抗剝落性能和脫（tuō）硫、脫磷的效果越好，但抗水（shuǐ）化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐（lú）外精煉等（děng）熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對（duì）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（yán）格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜（zá）物以及脫（tuō）氣、調整化學成分（fèn）和均勻（yún）化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易（yì）與（yǔ）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的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼、特殊鋼等（děng）設備（bèi）的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降（jiàng）低（dī）耐火材料消耗，研究人員對白雲（yún）石質耐火材料進行了（le）許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在（zài）真空條件下容易揮發，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相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高（gāo）溫真空（kōng）條（tiáo）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（shì）CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低（dī）。要使O含量低，就要（yào）選擇氧勢盡可能低的（de）耐火材料，Mg與Ca在（zài）高溫下以氣態存在，在鋼水（shuǐ）中的溶（róng）解度很小，而CaO的氧勢（shì）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（tuō）P，但鋼包中采用CaO含（hán）量高即堿度（dù）高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣（yàng）也有利脫P。

鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料的熱震穩定（dìng）性高、抗渣滲透（tòu）性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中（zhōng）的CaO反應生成高熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的（de）滲透。

關於（yú）H含（hán）量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉（liàn）設備內襯耐火（huǒ）材料的水分（fèn）及有機添加物。熱力學分（fèn）析認為：要在1200℃下（xià）長（zhǎng）期烘烤，充分排除其（qí）中的水分，就（jiù）不存在（zài）鋼水（shuǐ）中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

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（cái）料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分（fèn）壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效材料（liào）。

耐（nài）火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反（fǎn）應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫（tuō）S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果（guǒ）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（shǐ）鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內（nèi）襯是很必要的，這樣一（yī）方麵可以盡（jìn）可（kě）能降（jiàng）低鋼（gāng）包內襯（chèn）的再氧化能力，另一（yī）方麵可以避免強（qiáng）還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼（gāng）中P含量的影響（xiǎng）：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中P含量的（de）影響。實驗結果表明（míng）：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0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量（liàng）僅有小幅（fú）度降低。

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

耐（nài）火材（cái）料對鋼中H(氫（qīng）)含量的影響：耐火材料中的水分（fèn）以及其中（zhōng）的有機粘結（jié）劑會對鋼水中（zhōng）的H含量產生顯著影響。連鑄過程（chéng）中，鋼包（bāo）和中間包係統中使用保（bǎo）護套管（guǎn）保護主流時（shí），有機粘結劑導致吸（xī）H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮（dàn）)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料（liào）中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造成（chéng）增N。更（gèng）大的增N量在鋼包與中間包（bāo）之間，保護套管非常重要，連鑄的（de）增N點就是長水口（kǒu）保護（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜（zá）物的影（yǐng）響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗（yàn）表明：在反應30min的情況（kuàng）下，隻有鎂鈣質耐火材料能去（qù）除鋼水中（zhōng）的夾雜物，其餘的堿性耐（nài）火材料（liào）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（fǎn）應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合物，熔點約為1400℃左右，可有（yǒu）效地（dì）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（zhì）耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵（miàn）上剝（bāo）落下來上浮至（zhì）保（bǎo）護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越（yuè）高（gāo），吸附（fù）鋼水中夾雜（zá）物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等（děng）人采用靜（jìng）態坩堝法研究（jiū）3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得（dé）出（chū），CaO含量（liàng）高的白雲石（shí）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（yún）石磚（zhuān）具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐（lú）渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的（de）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（jiǎn）度熔渣的侵蝕（shí）和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作（zuò）用析出C3S，使材料表（biǎo）層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿（jiǎn）度熔渣具有（yǒu）較強的侵（qīn）蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並（bìng）滲透作用。

福州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：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂（měi）鈣碳磚比鎂碳磚具有更好（hǎo）的真空穩定性、抗熱（rè）震性。鎂鈣碳（tàn）磚的性能同時取（qǔ）決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果（guǒ）也越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑（shū）賢等（děng）人（rén）采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對（duì）鎂鈣碳磚及（jí）鎂碳磚的侵蝕（shí）進行實驗。實驗（yàn）結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因（yīn）為MgO—C磚產生結（jié）構剝落，蝕損（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可（kě）是中期渣和終期（qī）渣（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）中及被渣中∑FeO溶解，所以比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高（gāo）溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸（suān）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（gāng）的電爐爐（lú）襯。

白雲石質（zhì）耐火材料對潔淨鋼（gāng）的影響

潔淨鋼係指鋼（gāng）中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少（shǎo），而且尺寸很小和形態得到控製，合金（jīn）元素成分精準並且分布均勻，使鋼（gāng）材具有高（gāo）性能、高品質。在鋼水從（cóng）冶煉到精煉的整（zhěng）個過程中，耐火材（cái）料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少（shǎo）總有些汙染（rǎn），唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼（gāng）中（zhōng）的非金屬夾雜物，而且不汙染（rǎn）環境。