徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的（de）角度研究提高鋼（gāng）的純淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼（gāng）水直接接觸的耐火材料對鋼水（shuǐ）的（de）淨化作用（yòng），總是認為耐火材料（liào）或多或少地（dì）會對鋼（gāng）水產生汙染。可是通過對白雲石質（zhì）（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（bú）但不汙染鋼水，反而能（néng）淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石（shí）與鎂鈣質耐火材料的特征

白（bái）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（měi）鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材（cái）料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火（huǒ）材料。

其中，白雲石質（zhì）耐火材（cái）料是（shì）指全部用（yòng）煆（duàn）燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐（nài）火材料；鎂白（bái）雲石和鎂鈣質耐火材（cái）料是用鎂石與白雲（yún）石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影（yǐng）響鎂鈣質製品的高溫（wēn）使用（yòng）性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越（yuè）高，抗高SiO2熔（róng）渣的（de）能力越強，高溫蠕變越大，抗（kàng）剝（bāo）落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但（dàn）抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部（bù）位（wèi）使用條（tiáo）件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐火材料中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化（huà）鋼水作用（yòng）的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對（duì）鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求（qiú）嚴格，需要爐外精煉除去鋼中（zhōng）雜質及（jí）夾雜物（wù）以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧（yǎng）鋼，是爐外精煉（liàn）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，研究人員對白雲（yún）石質耐火材料進行（háng）了許多試（shì）驗研究，取得了很好的結（jié）果。

MgO在真（zhēn）空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是（shì）有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使（shǐ）MgO相對揮發（fā）性大大降低。因此（cǐ），MgO質材料（liào）中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使（shǐ）用比純MgO質耐火（huǒ）材料更合適（shì）。

鋼水中的脫S反（fǎn）應中，要使鋼水S含量低（dī），熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水（shuǐ）中（zhōng）溶解的O含量盡可能要低（dī）。要使O含量低（dī），就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（cún）在，在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼（gāng）包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性（xìng）高、抗（kàng）渣滲透性好，特別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料（liào）中的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（shèn）透。

關於H含量的問題，采用（yòng）真空精（jīng）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（fèn）及有（yǒu）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）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響（xiǎng）

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人（rén）認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩（wěn）定性高，具有很（hěn）低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效材料（liào）。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗（yàn）鎂鈣（gài）質耐火材料的脫S效（xiào）果。結（jié）果表明：在1600℃下，反應45min時，脫（tuō）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（nèi）襯（chèn）是很必要（yào）的，這樣一方麵（miàn）可以盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧化能力，另（lìng）一方麵可以避免強還原條件下鋼（gāng）包（bāo）渣導致耐火（huǒ）材料的過度消耗。

耐火材料對（duì）鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明（míng）：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降（jiàng）低，由原始的0.1%降（jiàng）低到0.01%，進一步提高CaO含（hán）量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表（biǎo）明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同（tóng）一製（zhì）品第二次使（shǐ）用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分（fèn）以及其中的有機粘結劑（jì）會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中（zhōng）使（shǐ）用保護套（tào）管保（bǎo）護主流時，有機粘結劑導致吸H。對（duì）鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼（gāng）水的吸H量。

耐火材（cái）料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳（chuán）統耐火材料N含量很低，近年來（lái）氮化物在耐（nài）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（de）增N量在鋼（gāng）包與中間包之間，保護套管非常重（chóng）要，連鑄的增N點就是（shì）長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田（tián）琳等人（rén）研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材料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（zhī）有鎂鈣質耐火（huǒ）材料能去（qù）除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水（shuǐ）夾雜（zá）物（wù）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反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高（gāo）熔點化合（hé）物被吸附鎂鈣質耐（nài）火材料表麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂鈣（gài）質耐火材料表（biǎo）麵（miàn）上剝落下來（lái）上浮至保護渣層中；在鎂鈣（gài）質耐火材料中的（de）活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣（gài）質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用（yòng）靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的（de）抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高（gāo）的白（bái）雲石磚抗高堿度的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高，較（jiào）不燒白雲石磚具有（yǒu）更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲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（hǎo）於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的（de）侵蝕和滲透能（néng）力（lì），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渣的滲透（tòu）。低堿度熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並（bìng）滲透作用。

南充鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的（de）特（tè）性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決（jué）於CaO及C的含量。CaO含量越高（gāo），抗剝（bāo）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（kàng）剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：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磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表（biǎo）明：初期渣（zhā）MgO—C磚蝕（shí）損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因（yīn）為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了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比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被（bèi）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（gāo）溫（wēn）抗氧化性和熱震穩定性（xìng）好（hǎo），抗（kàng）酸性熔（róng）渣能力強；而且磚中的（de）CaO有利於鋼（gāng）水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐（lú）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（zá）物不僅數量少，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，使（shǐ）鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終（zhōng）與鋼水接觸，一般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，除去鋼中的非金屬（shǔ）夾雜物，而且（qiě）不汙染環境。