徐平坤

以前，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鋼水的淨化（huà）作用，總是認為耐火材料或多（duō）或（huò）少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研（yán）究和實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材料（liào）不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐（lú）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）是天然礦物原料，煆燒後（hòu）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（yào）包括白雲石質（zhì）耐火材料、鎂白雲石質耐火（huǒ）材（cái）料（liào）、鎂（měi）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或電（diàn）熔的白雲石（shí）做原料（liào）的定型或不定形耐火（huǒ）材料；鎂白雲石和鎂鈣（gài）質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的（de）耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用（yòng）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（gāo）SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫（liú）、脫磷的效果越（yuè）好，但（dàn）抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性（xìng）能越差。因此，應該根據爐（lú）外精煉等熱工設（shè）備的不（bú）同部（bù）位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔（jié）淨鋼（gāng）、特殊鋼等（děng）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、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使（shǐ）其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化（huà）鋼水的功能。由於CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合（hé）用於冶煉低氧（yǎng）鋼，是爐外精煉冶煉潔（jié）淨鋼、純（chún）淨（jìng）鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長（zhǎng）爐襯壽命、降低耐火材料消耗（hào），研究人員對白雲石質耐火材（cái）料進行了許多試驗（yàn）研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低（dī）。因此，MgO質（zhì）材料中加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空（kōng）條件（jiàn）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（gāo）的高堿度渣，並且鋼水中溶解的（de）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，Mg與Ca在高溫（wēn）下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，而CaO的氧勢也很（hěn）小，因此，精（jīng）煉設備應該選用鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料。溫度升高不（bú）利於脫P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量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（cái）料同樣也（yě）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主要來自熔渣或精煉設（shè）備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要（yào）在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的（de）水分，就不（bú）存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對（duì）鋼水性能的（de）影響（xiǎng）

耐火材料對鋼中氧（yǎng）含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材料（liào）中的（de）CaO熱力學穩定性高，具（jù）有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶（róng）解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對（duì）鋼中S的影響：田琳（lín）等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢（jiǎn）驗鎂鈣質（zhì）耐火材料的脫S效果。結果表明：在（zài）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，出現“回S”現象（xiàng）。為（wéi）了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲（yún）石質（zhì）鋼包內襯是很必要的，這（zhè）樣一（yī）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（bì）免（miǎn）強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中（zhōng）P含量的影（yǐng）響：匡（kuāng）加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注料對鋼中P含量的影響。實驗結（jié）果表明：當澆注料中（zhōng）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（jìn）一（yī）步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅（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耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製（zhì）品第二次使用時，鋼水僅發生輕微（wēi）增（zēng）C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的（de）影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘（zhān）結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連（lián）鑄過程中，鋼包和中間（jiān）包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸（xī）H。對鋼包、中（zhōng）間包烘烤，能有效地降低鋼（gāng）水的（de）吸H量。

耐火材料對鋼中（zhōng）N(氮)含（hán）量的影響（xiǎng）：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解（jiě）對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之（zhī）間，保護（hù）套管（guǎn）非（fēi）常（cháng）重要（yào），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）材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人（rén）研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材料對管線鋼鋼（gāng）水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂（měi）鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘（yú）的（de）堿性（xìng）耐火材料均使（shǐ）鋼水（shuǐ）夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可與鎂鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反（fǎn）應，如CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合（hé）化合物，熔（róng）點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應（yīng）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表麵（miàn），形成保護（hù）層，或者（zhě）從鎂（měi）鈣質耐火材料表麵（miàn）上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵（qīn）蝕性能：梁義兵等人（rén）采用靜態坩堝法（fǎ）研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣性。試驗結果（guǒ）得出，CaO含量高的白（bái）雲石磚抗高堿度（dù）的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成（chéng）白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更（gèng）好的抗高堿度渣侵蝕性。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，燒成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕能力好於（yú）CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有（yǒu）良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕（shí）和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表（biǎo）層致密化而（ér）有效抑製熔（róng）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（zuò）用。

杭州鎂磚（zhuān）之鎂（měi）鈣碳磚的性（xìng）能及抗（kàng）侵蝕的研（yán）究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成（chéng）鎂（měi）鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣（gài）碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好的真空穩定性（xìng）、抗熱震（zhèn）性。鎂鈣碳磚的性（xìng）能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越（yuè）強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：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（měi）碳磚（zhuān）的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚產生結（jié）構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕，是因為在（zài）磚（zhuān）的界麵上產生了C2S保護（hù）層；可（kě）是中期渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的（de）蝕損（sǔn）率（lǜ）反而分別比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及（jí）被（bèi）渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠（huì）章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定（dìng）性好，抗（kàng）酸性熔渣能力強；而且磚（zhuān）中的（de）CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係（xì）指鋼中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非（fēi）常少，非金屬夾雜（zá）物不僅數量（liàng）少，而且尺寸很小（xiǎo）和（hé）形態得到控製，合金元素（sù）成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的（de）整個過程中（zhōng），耐火材料始終與鋼水接（jiē）觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有白雲石質即鎂（měi）鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物（wù），而且不汙染環境。