徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼（gāng）水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料（liào）或多（duō）或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對（duì）白雲（yún）石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料的理論研究和實際試驗，得（dé）出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環（huán）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（huǒ）材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆（duàn）燒後的理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐（nài）火材料主（zhǔ）要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐（nài）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或電熔的白雲石（shí）做原料的定型或不定形耐（nài）火材料（liào）；鎂白（bái）雲石（shí）和（hé）鎂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（xiǎng）鎂鈣質製品（pǐn）的高溫使用性能（néng），MgO含（hán）量（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能（néng）和（hé）脫硫、脫磷的效果越好，但抗水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能越（yuè）差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用（yòng）條件，合理選（xuǎn）擇鎂鈣質耐火材料中的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、特殊（shū）鋼等對（duì）鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元（yuán）素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去（qù）鋼中雜質及夾雜（zá）物以及（jí）脫氣、調整化學（xué）成分（fèn）和均（jun1）勻化等（děng）。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，使其轉移到爐渣中，具有除去（qù）雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低（dī），鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精（jīng）煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等（děng）設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長（zhǎng）爐襯壽命（mìng）、降低耐（nài）火材料消耗，研究人（rén）員對（duì）白雲石（shí）質（zhì）耐火材料進行了（le）許多試驗研究，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（xìng）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（cǐ），MgO質（zhì）材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水（shuǐ）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（jiǎn）度渣，並且鋼水中（zhōng）溶解的O含量盡可能要（yào）低。要使（shǐ）O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材（cái）料，Mg與Ca在高溫（wēn）下（xià）以氣態存在，在（zài）鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料。溫度升高不利（lì）於脫P，但鋼包中采用（yòng）CaO含量高即堿（jiǎn）度高的熔渣有利（lì）脫P，因此，用CaO含量（liàng）高的鎂鈣（gài）質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱（rè）震穩定（dìng）性（xìng）高、抗渣（zhā）滲透性好，特別是熔（róng）渣中（zhōng）SiO2滲入會與MgO-CaO耐（nài）火材料中的CaO反應生成高（gāo）熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔（róng）渣的滲透（tòu）。

關於H含量的問題，采用真空（kōng）精煉，其H主要來自熔渣或精煉（liàn）設備內襯耐火（huǒ）材（cái）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，充分排除其中的水分（fèn），就不存在鋼水中氫（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（de）影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度（dù）很小，被認為（wéi）是防止鋼（gāng）水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）的脫S效果。結果表明：在（zài）1600℃下，反應45min時，脫S效（xiào）果更好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了（le）使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯（chèn）是很必要的，這樣一（yī）方（fāng）麵可以盡可能降低鋼包內襯的再（zài）氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件（jiàn）下鋼包渣導（dǎo）致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗（yàn）結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降（jiàng）低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高（gāo）CaO含量，鋼中P含量僅有（yǒu）小幅度（dù）降低。

耐火材料對（duì）鋼水碳含量的影（yǐng）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（cì）使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火（huǒ）材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材（cái）料中的水分以及其中的有機粘結（jié）劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包（bāo）係統中使用保護（hù）套管保護（hù）主流時，有機（jī）粘結劑導致吸H。對鋼包、中間（jiān）包烘烤，能（néng）有效地降低鋼水的吸（xī）H量。

耐（nài）火材料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響（xiǎng）：傳統耐（nài）火材料N含量（liàng）很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分（fèn）解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼（gāng）包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點（diǎn）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雜（zá）物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對（duì）管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的（de）情況下，隻（zhī）有鎂鈣（gài）質耐火材料能去除鋼水（shuǐ）中的夾雜（zá）物，其餘的堿性耐火（huǒ）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反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複（fù）合（hé）化合物，熔點（diǎn）約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔（róng）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上剝（bāo）落下來上浮至（zhì）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（nài）火（huǒ）材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果（guǒ）得出，CaO含量高的白雲石磚（zhuān）抗高堿度的AOD渣侵蝕和（hé）滲透（tòu）能力比較強（qiáng）。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（jiǎn）度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對（duì）三種（zhǒng）磚的（de）侵蝕和滲透（tòu）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（xìng）明顯（xiǎn）好於不燒（shāo）鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕能力好於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（yǔ）鎂鈣材料作用析（xī）出C3S，使材（cái）料表層致密化而有效抑製熔（róng）渣的滲（shèn）透。低堿度熔渣（zhā）具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是（shì）熔渣對基（jī）質的（de）強溶蝕並滲透（tòu）作用。

門頭溝鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：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（měi）鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱（rè）震性。鎂鈣碳（tàn）磚的性能同時取決於CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越高（gāo），抗剝落性能越（yuè）好，淨化鋼水（shuǐ）的效果也越好；C含量越高，抗渣侵（qīn）蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究（jiū）：崔淑賢（xián）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磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚（zhuān）產生結構剝落，蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較（jiào）輕（qīng），是因（yīn）為在磚的界麵上產生（shēng）了（le）C2S保護層；可是中期渣和終期渣（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）中及被（bèi）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（biǎo）明鎂（měi）白雲石碳磚高溫抗氧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（tuō）O、脫S、脫P等，適（shì）合冶煉鋼的（de）電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺（chǐ）寸很小和形態得（dé）到控製，合金元素成分精準（zhǔn）並且分布均勻（yún），使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉（liàn）的整個過程中，耐火材料始終與鋼水（shuǐ）接觸，一般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料能淨化鋼水，除（chú）去鋼中的非金屬夾雜物，而（ér）且不（bú）汙染環境（jìng）。