徐平坤

以前，從煉鋼工藝的（de）角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐（nài）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對鋼水產生汙（wū）染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理論（lùn）研（yán）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（qiě）也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝（zhuāng）置中應用日益增加。

白雲（yún）石與鎂鈣質耐（nài）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。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐（nài）火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石（shí）做原料（liào）的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣（gài）質耐火材料是用鎂石與（yǔ）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（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化（huà）能（néng）力越強；CaO含（hán）量越高，抗高（gāo）SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效（xiào）果越好（hǎo），但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性（xìng）能越（yuè）差。因此，應該（gāi）根據爐外精煉等熱工（gōng）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）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼水作用的影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中（zhōng）的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元（yuán）素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要（yào）求嚴格，需（xū）要爐外（wài）精煉除去鋼（gāng）中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻（yún）化等。鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等（děng）雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也（yě）適合（hé）用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼（gāng）、純（chún）淨鋼、特殊鋼等設（shè）備（bèi）的耐火材料。近（jìn）年來，為了淨化（huà）鋼水、延長爐（lú）襯壽命（mìng）、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火（huǒ）材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果（guǒ）。

MgO在真空條（tiáo）件下容（róng）易揮發，而CaO對MgO的（de）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（xìng）大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在高溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐火材（cái）料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含（hán）量（liàng）低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低（dī）。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能（néng）低（dī）的（de）耐火材料，Mg與（yǔ）Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很（hěn）小，因此，精煉設備應該（gāi）選用（yòng）鎂鈣質耐火（huǒ）材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量（liàng）高即堿度高的（de）熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂（měi）鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗（kàng）渣滲透性（xìng）好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反（fǎn）應生（shēng）成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問（wèn）題（tí），采用（yòng）真空精煉（liàn），其H主要來自熔渣或精煉設備（bèi）內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學（xué）分析認為：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（hán）量增高問題（tí）。

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影（yǐng）響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力學穩定性高（gāo），具有很低的（de）氧平衡分壓，在鋼水（shuǐ）中的溶（róng）解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼（gāng）中S的影響（xiǎng）：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢（jiǎn）驗鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料的脫S效果。結果表明（míng）：在1600℃下，反應45min時（shí），脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低（dī），出現“回S”現象（xiàng）。為了（le）使鋼包獲得（dé）有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內（nèi）襯是很必要的，這樣一方麵可以（yǐ）盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避（bì）免強還（hái）原條件下鋼（gāng）包渣導致耐火材料的（de）過度消（xiāo）耗。

耐（nài）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（míng）：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為（wéi）25%時，鋼中P含量大幅度（dù）降低，由原（yuán）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（xiǎo）幅度降低。

耐火材料對（duì）鋼水碳含量的（de）影響：實驗表（biǎo）明（míng），使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水（shuǐ）僅發生輕微增C。

耐火（huǒ）材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分（fèn）以及其（qí）中的有機粘結劑會對（duì）鋼（gāng）水中（zhōng）的H含（hán）量產生顯著影響。連鑄過程（chéng）中，鋼包和中間包係統（tǒng）中（zhōng）使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸（xī）H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水（shuǐ）的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響（xiǎng）：傳統耐火材料N含（hán）量很低，近年來氮化物在（zài）耐（nài）火材料（liào）中應用受（shòu）到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的（de）增N量在鋼包與（yǔ）中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影（yǐng）響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火材料對管線鋼鋼水潔淨（jìng）化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）能去除鋼水中的（de）夾雜物，其餘的堿性（xìng）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（huǒ）材料中的CaO反（fǎn）應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有（yǒu）效地去除（chú）鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和（hé）C3S(矽（guī）酸（suān）三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂鈣質耐火（huǒ）材料表（biǎo）麵上剝落下來上（shàng）浮至保護（hù）渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性（xìng）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：梁義兵等人采用靜態坩（gān）堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗（kàng）渣性。試驗結果得（dé）出，CaO含量高的白（bái）雲（yún）石磚抗高堿度的（de）AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基（jī）質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣（zhā）侵蝕性（xìng）。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（dé）多。相對而言，燒成的鎂（měi）鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕性明顯好於不燒（shāo）鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的燒成鎂鈣（gài）磚（zhuān）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（zhì）材料（liào）具有良好的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，使材料表層致密化而有效抑製熔（róng）渣的滲透。低堿度熔（róng）渣具（jù）有較（jiào）強的侵蝕（shí）和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透作用。

六盤水鎂磚之（zhī）鎂鈣（gài）碳（tàn）磚的（de）性能及（jí）抗侵蝕的研（yán）究

鎂鈣碳磚主要（yào）性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的（de）特性（xìng）外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有（yǒu）更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取（qǔ）決於CaO及C的含量。CaO含量越（yuè）高，抗剝落性能越好，淨（jìng）化鋼（gāng）水的效果也越好；C含量越高（gāo），抗渣（zhā）侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研（yán）究（jiū）：崔淑賢等人采用煉鋼（gāng）轉（zhuǎn）爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實（shí）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（wéi）MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是（shì）因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為其在高溫中（zhōng）及被渣中∑FeO溶解（jiě），所以比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠（huì）章等人研究結果（guǒ）表明鎂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（lì）強；而且磚中的CaO有利於鋼水（shuǐ）的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉（liàn）鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔（jié）淨（jìng）鋼係指鋼中（zhōng）有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物（wù）不僅數量少，而且尺（chǐ）寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高（gāo）品質。在鋼水從冶煉（liàn）到精煉的整個過（guò）程中，耐火材料始終與（yǔ）鋼水接觸，一般耐火材料對（duì）鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐（nài）火材料能（néng）淨化鋼水，除去鋼中的（de）非金屬夾雜物，而且不汙染環境。