徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的（de）純淨度，沒（méi）有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會（huì）對鋼水產生汙染（rǎn）。可是通過對白雲石質（鎂鈣（gài）質）耐火材料（liào）的理（lǐ）論研（yán）究和（hé）實際試驗，得出（chū）鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化（huà）鋼水，並且也不（bú）汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增（zēng）加。

白雲石與（yǔ）鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒（shāo）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（huǒ）材（cái）料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲（yún）石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火（huǒ）材料是指（zhǐ）全部用煆燒或電熔的白雲石（shí）做原料（liào）的定型（xíng）或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火（huǒ）材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗（kàng）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（kàng）剝落性能（néng）和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越差。因此，應該根據爐外精（jīng）煉等熱工設備的不同部位使用（yòng）條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石（shí）質（zhì）耐火材料對淨化鋼水（shuǐ）作用（yòng）的影響

潔（jié）淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜（zá）物的含（hán）量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜（zá）物以及脫氣、調（diào）整化學成分和均（jun1）勻化等。鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料（liào）中的遊（yóu）離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜質反應，使其轉移到（dào）爐渣中，具有除去雜質、淨化（huà）鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合（hé）用於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉冶（yě）煉（liàn）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（zhǎng）爐（lú）襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲（yún）石質耐火（huǒ）材料進行了許多試驗研究，取得了（le）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（fā）性大大降低。因此，MgO質（zhì）材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真（zhēn）空條件下（xià）使用比（bǐ）純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼（gāng）水S含量低，熔渣（zhā）必須是CaO含量高的高堿（jiǎn）度渣，並且鋼水中（zhōng）溶解的O含量盡可能要低。要（yào）使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材（cái）料，Mg與Ca在高溫下以氣（qì）態存在，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，而CaO的（de）氧勢也很小，因此，精煉設備應該選（xuǎn）用鎂（měi）鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采（cǎi）用CaO含量高（gāo）即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量（liàng）高的鎂鈣質耐火材料同樣也（yě）有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透（tòu）性好，特別是熔渣中SiO2滲（shèn）入（rù）會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反（fǎn）應生成高熔點化（huà）合（hé）物C2S或（huò）C3S,形成保護層，從而抑製熔（róng）渣的（de）滲透。

關於H含量的問（wèn）題，采用真空精煉（liàn），其H主要來自熔渣或精煉設（shè）備內襯耐火（huǒ）材料的（de）水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排（pái）除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含（hán）量增高問題（tí）。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼（gāng）中氧含量的影響（xiǎng）：王（wáng）龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼（gāng）水中（zhōng）的溶（róng）解（jiě）度很小，被認為是防止鋼水增氧的有（yǒu）效材料。

耐火材料對鋼中S的影（yǐng）響（xiǎng）：田琳等（děng）人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效（xiào）果。結果表明：在1600℃下，反（fǎn）應45min時，脫S效果更（gèng）好（hǎo），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（tuō）S效果，使用白雲（yún）石質鋼包內襯（chèn）是很（hěn）必要的，這樣（yàng）一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧（yǎng）化能力（lì），另一方麵（miàn）可以避免強還原條件下鋼包（bāo）渣導致耐火材料的（de）過度消耗。

耐火材（cái）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（hán）量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含量大（dà）幅度降低，由原始的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。

耐火材料對鋼水碳含量（liàng）的影響：實驗（yàn）表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同（tóng）一製品第二次使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增C。

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

耐（nài）火材料對鋼中（zhōng）N(氮（dàn）)含（hán）量的影響：傳統耐火材料N含量（liàng）很低，近年來氮化物在耐（nài）火材料中應用受（shòu）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（zhōng）間包之間，保護套管非常重要，連鑄（zhù）的（de）增N點就是長（zhǎng）水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火（huǒ）材料對（duì）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（guǎn）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夾（jiá）雜物，其餘的（de）堿性（xìng）耐火材料均使鋼水夾雜（zá）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（shēng）成C2S(矽酸二鈣（gài）)和C3S(矽（guī）酸三鈣（gài）)高熔點化合物被（bèi）吸附鎂鈣質耐（nài）火材料表麵，形（xíng）成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵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（liàng）越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等（děng）人采（cǎi）用靜（jìng）態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗（kàng）渣（zhā）性。試驗（yàn）結果得出，CaO含量高的白（bái）雲（yún）石磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成（chéng）白雲石磚基質部分致（zhì）密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度（dù）渣侵蝕性。堿度較（jiào）低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度（dù）渣嚴重（chóng）得多。相（xiàng）對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的（de）燒成鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具有良好的抵抗高堿度熔（róng）渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與（yǔ）鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製（zhì）熔渣的滲透。低（dī）堿（jiǎn）度熔渣具有（yǒu）較（jiào）強的（de）侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲（shèn）透作用。

固原鎂磚之鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及（jí）抗侵蝕的研究

鎂（měi）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，鎂鈣碳磚比鎂碳磚（zhuān）具有更好（hǎo）的真空穩定性（xìng）、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，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效（xiào）果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落性（xìng）能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗侵蝕研究：崔淑賢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（tàn）磚及鎂（měi）碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結（jié）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（yán）重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕（qīng），是因為在（zài）磚（zhuān）的界麵上產生了C2S保護層；可是中期（qī）渣和終期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕損率反而分別（bié）比MgO—C磚高（gāo）0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果（guǒ）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（róng）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（diàn）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（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（liàng）少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻（yún），使鋼（gāng）材具有高（gāo）性能（néng）、高品質。在鋼水從冶煉到（dào）精煉的整個過程中，耐火材料（liào）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（jìng）化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。