徐平坤

以前，從煉鋼（gāng）工藝的角度研（yán）究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐（nài）火材（cái）料對鋼水的淨化作（zuò）用，總是認為耐火材料或多或少地會對（duì）鋼水產生汙染（rǎn）。可是通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質（zhì））耐火材料的理論研（yán）究（jiū）和實際試驗，得出鎂（měi）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、精煉鋼（gāng）包等爐外精煉裝置中應（yīng）用日益增加（jiā）。

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（zhǔ）要包括白雲（yún）石質耐火材（cái）料、鎂白雲（yún）石質（zhì）耐火（huǒ）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料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲（yún）石和（hé）鎂鈣質耐火（huǒ）材料是（shì）用鎂石與（yǔ）白雲石合成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含量的變化影響（xiǎng）鎂鈣質製品的（de）高溫使（shǐ）用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和（hé）抗水化能力越強；CaO含量（liàng）越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落性能和（hé）脫硫、脫磷的效果越好，但（dàn）抗水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差（chà）。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條（tiáo）件，合理選擇（zé）鎂鈣質耐（nài）火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐火材（cái）料對淨化鋼水作用的影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊鋼等對（duì）鋼中的雜（zá）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（xū）要爐外精煉除去鋼中雜質（zhì）及夾雜物以及脫氣（qì）、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材（cái）料中的遊離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等（děng）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（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材料也適合用於冶煉低氧鋼，是（shì）爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼（gāng）、特殊鋼等設備（bèi）的耐（nài）火材料。近年（nián）來（lái），為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材（cái）料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在（zài）真空條件下容（róng）易揮發，而CaO對（duì）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（fā）性大大降（jiàng）低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成（chéng）MgO—CaO質耐火材料（liào），在高溫真空條件下使用比純MgO質耐（nài）火（huǒ）材料更合適（shì）。

鋼水中的（de）脫S反應中，要使鋼水S含量（liàng）低，熔渣必須是CaO含量高（gāo）的高堿度（dù）渣，並且鋼水中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要使O含量低（dī），就要選擇氧勢盡可能低的耐（nài）火材料，Mg與Ca在高溫下以（yǐ）氣態存在，在鋼水中的溶解（jiě）度很小，而CaO的氧勢也很小（xiǎo），因（yīn）此，精煉（liàn）設備應該選用鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料（liào）。溫度（dù）升高不利於脫P，但鋼包中采用（yòng）CaO含量高即堿度高的熔渣（zhā）有（yǒu）利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐（nài）火材料同（tóng）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MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高（gāo）熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從（cóng）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（liàn）設備內（nèi）襯耐火材料的水分及有機添加物。熱（rè）力（lì）學分析（xī）認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量（liàng）增（zēng）高問題。

鎂鈣質耐火材料對（duì）鋼水性能（néng）的影響

耐火材料對鋼中（zhōng）氧含量的（de）影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火（huǒ）材料中的CaO熱力學穩（wěn）定性（xìng）高，具有很（hěn）低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防（fáng）止鋼水增氧的有效材料（liào）。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研（yán）究鎂（měi）鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果（guǒ）表明：在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。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使（shǐ）用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡（jìn）可能降（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（jiàn）下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗（hào）。

耐火材料（liào）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（de）影響（xiǎng）。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼（gāng）中P含（hán）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含量僅有小幅度降低。

耐火材料（liào）對鋼水碳含（hán）量的影響：實驗表明，使用含（hán）C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時（shí），鋼水僅發生（shēng）輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中（zhōng）的水分以及（jí）其中的有機粘結劑會對鋼水（shuǐ）中的H含量產（chǎn）生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護（hù）主流時，有機粘結（jié）劑（jì）導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有（yǒu）效地降低鋼水的吸H量。

耐火材（cái）料對（duì）鋼中N(氮)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中應（yīng）用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包（bāo）之間（jiān），保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保（bǎo）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（yǐng）響：田琳等人研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響（xiǎng），實驗表（biǎo）明（míng）：在反應30min的情況下，隻（zhī）有鎂鈣質耐火材料能（néng）去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反（fǎn）應，如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（dì）去除鋼中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣（gài）)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮（fú）至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活（huó）性（xìng）CaO含量越高，吸附鋼（gāng）水中夾雜物的能力（lì）越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義（yì）兵等人采用靜（jìng）態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣（zhā）侵（qīn）蝕和滲透能（néng）力比較強。燒成白雲（yún）石磚基質部分致密（mì）程度高，較不燒（shāo）白雲石磚具有更（gèng）好的抗高堿（jiǎn）度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比（bǐ）高堿度渣（zhā）嚴重得多。相對而言（yán），燒成的鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕性明顯好於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕能（néng）力好於CaO含（hán）量（liàng）低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好（hǎo）的（de）抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是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。低堿度熔渣具（jù）有較（jiào）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用。

巴音郭楞鎂磚之鎂鈣碳磚的（de）性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複（fù）雜（zá）。除（chú）具備鎂（měi）鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂碳磚具有（yǒu）更好的真空（kōng）穩定性、抗熱（rè）震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性能同時取決於CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝（bāo）落性能越好，淨化鋼水的效果（guǒ）也越好；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）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（zhuān）及鎂碳（tàn）磚的侵蝕進行實驗。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，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕較輕，是因為在磚的界麵上產（chǎn）生了（le）C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別（bié）比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為（wéi）其在高溫中及被（bèi）渣中∑FeO溶解，所（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等（děng）人研究結果表明鎂（měi）白雲石碳磚高溫抗（kàng）氧化性和熱震穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利（lì）於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉（liàn）鋼的電爐爐襯（chèn）。

白雲石質耐火材（cái）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（shǎo），非金屬夾雜物不僅數量少，而且（qiě）尺寸很小和形態得到控製，合金元（yuán）素成分精準並且分布（bù）均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程（chéng）中，耐（nài）火材料始終與（yǔ）鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙（wū）染，唯有白雲石（shí）質即鎂鈣質耐火材料能淨（jìng）化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物（wù），而且不汙染環境。