徐平（píng）坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度（dù），沒有考慮與（yǔ）鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水（shuǐ）的淨化作用，總（zǒng）是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生（shēng）汙染。可是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料的理論研究和實（shí）際試（shì）驗，得（dé）出鎂鈣質材料不但不汙染鋼（gāng）水，反而能淨化鋼水（shuǐ），並且也不汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼包等爐外精煉裝置中應（yīng）用日益增加。

白雲石與鎂（měi）鈣（gài）質耐火材（cái）料的特征

白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的（de）理（lǐ）論組（zǔ）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（bái）雲石質耐火材料、鎂鈣（gài）質耐火材料。

其中，白雲石質耐火（huǒ）材料是指（zhǐ）全部用煆燒或電熔（róng）的白雲石做原（yuán）料的定型或不定（dìng）形耐（nài）火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火（huǒ）材料是用鎂（měi）石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製（zhì）品的（de）高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）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（kàng）剝落性能和脫硫、脫磷的效果越（yuè）好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部（bù）位使用條件，合理選擇鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化（huà）鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等（děng）對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元（yuán）素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含（hán）量要求嚴格，需要爐外（wài）精煉（liàn）除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和（hé）均勻化（huà）等（děng）。鎂鈣質（zhì）耐火材料中的遊離（lí）CaO，易與（yǔ）鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐（lú）渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂（měi）鈣質耐火材料也適（shì）合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽（shòu）命、降低耐火材料消耗，研（yán）究人員對（duì）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在真空條件下容易揮發，而（ér）CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就（jiù）可使MgO相對揮發性大大（dà）降低（dī）。因此，MgO質（zhì）材料中加入（rù）一定（dìng）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質耐火材料更合（hé）適。

鋼（gāng）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（de）高堿度渣，並且鋼水中溶解（jiě）的O含量（liàng）盡可能要低。要使O含量低，就（jiù）要選擇氧勢盡可能低的（de）耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設備（bèi）應該選用鎂鈣質耐火材料。溫（wēn）度升高不（bú）利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高（gāo）即堿（jiǎn）度高的熔（róng）渣（zhā）有利脫P，因（yīn）此，用（yòng）CaO含（hán）量高的鎂（měi）鈣質耐火材料同樣也有（yǒu）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（rù）會與MgO-CaO耐火材料中（zhōng）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（guān）於H含量的問（wèn）題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設（shè）備內襯耐（nài）火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在（zài）1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水（shuǐ）分，就（jiù）不（bú）存在鋼水中（zhōng）氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料（liào）對鋼水性能的影響

耐火材料對（duì）鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中（zhōng）的CaO熱力學穩定（dìng）性高，具有很低（dī）的氧平衡分（fèn）壓，在鋼水中的（de）溶解度很小，被（bèi）認為是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效材料。

耐火（huǒ）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，檢驗鎂鈣質耐（nài）火材料的脫S效果。結（jié）果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好（hǎo），脫S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使（shǐ）鋼包獲得有效的脫S效果，使用（yòng）白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方（fāng）麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一（yī）方麵可（kě）以避免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P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對（duì）鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當（dāng）澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低（dī），由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提（tí）高CaO含量（liàng），鋼（gāng）中（zhōng）P含量僅有小幅度降低。

耐（nài）火材料對鋼水碳（tàn）含（hán）量的影響：實驗表（biǎo）明，使用含C耐火材料，鋼（gāng）水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量（liàng）的影響：耐火材料（liào）中的水（shuǐ）分以及其中的（de）有（yǒu）機粘結劑會對鋼水中的H含量產（chǎn）生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和（hé）中間包（bāo）係統中（zhōng）使用保（bǎo）護套管保（bǎo）護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐（nài）火材料對鋼中N(氮（dàn）)含量（liàng）的影響：傳統耐火（huǒ）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（zhù），如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的（de）增N量在鋼包與中間包之間（jiān），保（bǎo）護套管非常重要，連鑄（zhù）的增（zēng）N點就是長水口（kǒu）保護，此處（chù）增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火（huǒ）材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水（shuǐ）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（nài）火材（cái）料能去除鋼水（shuǐ）中的夾雜物，其餘（yú）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（gài）耐火材料中的（de）CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣（gài）)高（gāo）熔點化合物被吸附鎂鈣（gài）質耐火材料表麵（miàn），形成保護（hù）層，或者從鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵上（shàng）剝落（luò）下來上浮至保護（hù）渣層（céng）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蝕性能（néng）：梁義兵等人（rén）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（xìng）。試驗結果得出，CaO含量高（gāo）的白雲石磚抗高（gāo）堿度的（de）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（dù）高，較不燒白雲石磚具有更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（shèn）透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度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度渣（zhā）侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具（jù）有良好的（de）抵（dǐ）抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力（lì），這是（shì）因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化（huà）而有效抑製熔渣的滲透。低堿（jiǎn）度熔渣具有較（jiào）強的侵蝕和（hé）滲透能力，主（zhǔ）要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

阿壩鎂磚之鎂鈣（gài）碳磚的性能（néng）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（jù）備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真（zhēn）空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高（gāo），抗剝落性（xìng）能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣（zhā）侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢（xián）等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是（shì）因為在磚的界麵上產生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和終期（qī）渣（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕損（sǔn）率（lǜ）反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其（qí）在（zài）高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研（yán）究結果表（biǎo）明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化（huà）性和熱（rè）震（zhèn）穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的（de）脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲（yún）石質（zhì）耐火材料對（duì）潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中（zhōng）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（shǎo），而且尺寸很小和形態（tài）得到控製（zhì），合（hé）金元素（sù）成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能（néng）、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般（bān）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，除去鋼中的非（fēi）金屬夾雜物，而且不汙染環境。