徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的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（gāng）水的淨化作用，總是認為（wéi）耐火（huǒ）材（cái）料或多或少地會對鋼水產生汙染。可（kě）是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料（liào）的理論研究和實際（jì）試驗，得出鎂鈣質材料不但不（bú）汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉（liàn）裝置（zhì）中應用日（rì）益增加。

白雲石與鎂鈣質耐（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（zǔ）成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料主（zhǔ）要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆（duàn）燒或電熔的白（bái）雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白（bái）雲石和鎂鈣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（zhì）製品的高溫使用性能（néng），MgO含量（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗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）位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材（cái）料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）火材料對淨化鋼水作用的（de）影響

潔淨鋼（gāng）、特（tè）殊鋼等（děng）對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量要（yào）求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜（zá）物以及脫氣、調整化（huà）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S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉移到爐渣中，具有除去（qù）雜質、淨化（huà）鋼（gāng）水的功能。由於CaO的氧勢很低（dī），鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材料。近（jìn）年來，為了（le）淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火（huǒ）材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料（liào）進行了許多試驗研究，取得（dé）了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮發性是有影響（xiǎng）的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就（jiù）可使MgO相對揮發性大大降低。因（yīn）此，MgO質材料中加入一（yī）定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中（zhōng）的脫S反（fǎn）應中，要（yào）使鋼水S含量低，熔（róng）渣必須（xū）是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡（jìn）可能要低。要使（shǐ）O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在（zài）高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的（de）氧勢也（yě）很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火（huǒ）材料。溫（wēn）度升高不利（lì）於脫P，但鋼（gāng）包中（zhōng）采用CaO含量高即堿度高（gāo）的熔（róng）渣有利（lì）脫P，因此，用CaO含量（liàng）高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的熱震穩定（dìng）性高、抗渣滲（shèn）透性好，特別是（shì）熔渣（zhā）中（zhōng）SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反應生成高熔點（diǎn）化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製（zhì）熔（róng）渣的滲透。

關於H含量（liàng）的問題，采用真空精煉，其H主（zhǔ）要來自熔渣或精煉設備內襯耐（nài）火材料的水分（fèn）及有（yǒu）機（jī）添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期（qī）烘烤（kǎo），充分排除其中的（de）水分（fèn），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，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影（yǐng）響：田（tián）琳等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（de）脫S效果。結果表明：在1600℃下（xià），反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用（yòng）白雲（yún）石質鋼包（bāo）內襯是很必要的，這樣一（yī）方麵可以盡可能降（jiàng）低鋼（gāng）包（bāo）內襯的再氧化（huà）能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼（gāng）包（bāo）渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對（duì）鋼中（zhōng）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：當澆注料（liào）中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降（jiàng）低到0.01%，進一步提高CaO含量（liàng），鋼中P含量僅有小（xiǎo）幅（fú）度降（jiàng）低。

耐火（huǒ）材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，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（fā）生輕微增C。

耐火材料對（duì）鋼中H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火材料中的水分以（yǐ）及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包（bāo）係統中使用保護套管保護（hù）主流時，有機粘結劑導致（zhì）吸H。對鋼包、中（zhōng）間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火（huǒ）材料對鋼中N(氮)含量的（de）影（yǐng）響：傳統耐火材料N含量很低，近年來（lái）氮化物在耐火材料中應用受到關注，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，保護套管非常重要，連鑄（zhù）的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔（jié）淨（jìng）化的影響，實驗表明：在反（fǎn）應30min的情況下（xià），隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水（shuǐ）中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使（shǐ）鋼水（shuǐ）夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等（děng）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（gāng）中Al2O3夾雜物。CaO與（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點化合物被吸附鎂（měi）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至（zhì）保護渣層中；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（lì）越（yuè）強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂（měi）鈣磚的抗渣性。試驗結果（guǒ）得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的（de）AOD渣侵蝕和滲（shèn）透能力比（bǐ）較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿（jiǎn）度渣侵蝕性。堿度較（jiào）低的VOD爐（lú）渣對三種磚的侵蝕和滲透比（bǐ）高堿度渣嚴重得多。相對（duì）而言，燒成的鎂（měi）鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕（shí）性（xìng）明（míng）顯好於不燒鎂（měi）鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具（jù）有（yǒu）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（xī）出C3S，使材料表層致密（mì）化而有效抑製（zhì）熔渣的滲（shèn）透（tòu）。低堿度熔渣具（jù）有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣（zhā）對基（jī）質的強溶蝕（shí）並滲透作用。

遵義鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及抗侵（qīn）蝕的研究

鎂鈣（gài）碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣（gài）磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好（hǎo）的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性能同時取決於CaO及C的（de）含量。CaO含（hán）量（liàng）越高，抗剝落性能越好，淨化（huà）鋼水的效果也越好；C含（hán）量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越（yuè）強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用（yòng）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（qīn）蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕較（jiào）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（de）蝕（shí）損率（lǜ）反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高（gāo）溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠（huì）章等人（rén）研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的（de）脫O、脫S、脫P等（děng），適合冶煉（liàn）鋼（gāng）的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的（de）影響

潔淨（jìng）鋼係指鋼中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，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，使鋼材（cái）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（yún）石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的（de）非金屬夾雜（zá）物，而且不汙染環境。