徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究（jiū）提高鋼的（de）純淨度，沒（méi）有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水（shuǐ）的淨化作用，總是認為（wéi）耐火（huǒ）材料或多或少地會對（duì）鋼水產生汙染。可是（shì）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）雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦（kuàng）物原料，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（zhì）耐火材料主要包括白雲石質耐火材料（liào）、鎂白（bái）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或電熔的白雲石做原（yuán）料的定（dìng）型或不定形耐火材料；鎂白（bái）雲石和鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料是用鎂（měi）石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化（huà）影響鎂鈣質製品的高溫使用性（xìng）能，MgO含量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的（de）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，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差。因此（cǐ），應該根據爐外精煉等熱工設備的不同（tóng）部位（wèi）使（shǐ）用條件，合理選（xuǎn）擇鎂鈣（gài）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

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的（de）雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉（liàn）除去鋼中雜質及夾雜物以（yǐ）及脫氣、調整（zhěng）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（de）S、P等雜質反應，使其轉（zhuǎn）移到爐渣中，具有除去雜質、淨（jìng）化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低（dī），鎂鈣質耐火材料也（yě）適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材料。近年（nián）來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火（huǒ）材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真（zhēn）空條件下（xià）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。因此，MgO質材料（liào）中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫（wēn）真空條件下使用比純MgO質耐火（huǒ）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（gāo）堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡（jìn）可能（néng）低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以（yǐ）氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此（cǐ），精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高（gāo）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含量高的鎂鈣質（zhì）耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩（wěn）定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材料中（zhōng）的CaO反應生（shēng）成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從（cóng）而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精（jīng）煉，其H主要來自熔渣（zhā）或精煉設備內襯耐火材料（liào）的水分及有機添加物。熱力（lì）學分析認（rèn）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（gāng）水中氫（H）含量（liàng）增高（gāo）問題。

鎂鈣（gài）質耐火材料對鋼水性（xìng）能的影響（xiǎng）

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認（rèn）為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力（lì）學穩定性高（gāo），具有（yǒu）很低的氧平衡分壓，在鋼水中的（de）溶（róng）解度很小，被認為是防（fáng）止鋼水增氧的（de）有效材料。

耐火（huǒ）材料對鋼中S的影響：田（tián）琳等人試（shì）驗研究鎂鈣（gài）磚與（yǔ）鋼水中（zhōng）S的（de）反應，檢（jiǎn）驗鎂鈣質（zhì）耐火材料的脫（tuō）S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更（gèng）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（gāng）包獲得有效（xiào）的脫S效（xiào）果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能（néng）降（jiàng）低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼（gāng）包渣導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（yán）究MgO—CaO質（zhì）澆（jiāo）注料對（duì）鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為（wéi）25%時，鋼中P含量（liàng）大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量（liàng），鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影（yǐng）響：實（shí）驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著（zhe）增（zēng）C，當同一製品第二次使用時，鋼（gāng）水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料（liào）中的（de）水分以及（jí）其中的有機粘結（jié）劑會（huì）對鋼水中的H含量（liàng）產生顯（xiǎn）著影（yǐng）響。連鑄（zhù）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（jié）劑導（dǎo）致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能（néng）有效地降低（dī）鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統（tǒng）耐火材料（liào）N含（hán）量很（hěn）低（dī），近年來氮化物在（zài）耐火材料中應用（yòng）受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼（gāng）包與中間包（bāo）之間，保護套（tào）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（huǒ）材料對鋼水中夾雜物（wù）的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材（cái）料（liào）對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的（de）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（wù）可與鎂鈣耐火材料中的（de）CaO反應，如CaO與（yǔ）Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點（diǎn）約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。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，形成保護（hù）層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護（hù）渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含（hán）量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究（jiū）3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚（zhuān）抗高（gāo）堿度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能力（lì）比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度（dù）高，較不燒白（bái）雲石磚具有更好（hǎo）的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的（de）VOD爐（lú）渣對三種（zhǒng）磚的侵蝕和（hé）滲透比高堿度渣嚴重得多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿（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（kàng）高堿度熔渣的侵蝕（shí）和滲透能力，這是因為（wéi）渣與鎂鈣材料作用析（xī）出C3S，使材料表層（céng）致密化而有效抑製熔渣（zhā）的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲（shèn）透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

四平鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂鈣（gài）磚（zhuān）種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳磚具有更好的（de）真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時取決於（yú）CaO及C的含量。CaO含量越高（gāo），抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的（de）抗侵蝕研究：崔（cuī）淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別（bié）對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的（de）侵蝕（shí）進行實（shí）驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）比（bǐ）MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構（gòu）剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界（jiè）麵（miàn）上產生了C2S保護層（céng）；可是中（zhōng）期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率（lǜ）反而分（fèn）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MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱（rè）震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的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（shù）量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並（bìng）且分布均勻，使鋼材具（jù）有高性能、高品（pǐn）質。在鋼水從冶（yě）煉（liàn）到精煉的（de）整個過程中（zhōng），耐火（huǒ）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（yǒu）些（xiē）汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的（de）非金屬夾雜物，而且不汙染環境。