徐平坤

以前（qián），從煉（liàn）鋼工藝的角（jiǎo）度研究提高鋼（gāng）的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料（liào）對鋼（gāng）水的淨化作用，總是認為耐（nài）火材料或多或少地會對（duì）鋼（gāng）水（shuǐ）產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料的理論研究和（hé）實際試驗，得出鎂鈣質材料不（bú）但不汙染鋼水，反而能淨（jìng）化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外（wài）精（jīng）煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣（gài）質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物（wù）原料，煆燒後的理論組成為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要（yào）包括白（bái）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（zhì）耐（nài）火材料是指全部（bù）用煆（duàn）燒（shāo）或電熔的白雲石做（zuò）原料的定型或不定形耐火材料；鎂（měi）白雲石和鎂鈣質耐（nài）火材料是用鎂石與白雲石（shí）合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含量的（de）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（dàn）抗水化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉（liàn）等熱工設備（bèi）的不同部位（wèi）使用條件，合理選擇鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石（shí）質耐火（huǒ）材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等（děng）對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精（jīng）煉除去鋼中雜質及（jí）夾雜物以及脫氣、調整化學成（chéng）分和均勻化等。鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）中的（de）遊（yóu）離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使（shǐ）其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）也適合用於冶煉低（dī）氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶煉（liàn）潔淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊（shū）鋼等設（shè）備的耐火材料。近（jìn）年來（lái），為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材（cái）料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真（zhēn）空條件（jiàn）下（xià）容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響（xiǎng）的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發（fā）性大大降低。因此，MgO質材（cái）料中加入一（yī）定量的（de）CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件（jiàn）下使用（yòng）比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反（fǎn）應中，要使鋼水S含量低，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。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能（néng）低的耐（nài）火材料，Mg與Ca在高溫（wēn）下以（yǐ）氣態（tài）存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設（shè）備應該選用鎂鈣質耐（nài）火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用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（liào）同樣也有利脫（tuō）P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高（gāo）、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反（fǎn）應生成（chéng）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含量的問題，采用真空（kōng）精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有（yǒu）機添加物。熱力學（xué）分析認為：要在（zài）1200℃下長（zhǎng）期烘（hōng）烤（kǎo），充分排除其中的（de）水（shuǐ）分，就不存在鋼水中氫（H）含量（liàng）增（zēng）高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對（duì）鋼中（zhōng）氧含量的影（yǐng）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（fèn）壓，在鋼水中的溶（róng）解度很小，被認為是防止鋼水（shuǐ）增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人（rén）試（shì）驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質（zhì）耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更（gèng）好，脫（tuō）S率達70.12%；超過45min，脫S率降低（dī），出現“回S”現象。為（wéi）了使鋼包獲得有效的脫S效（xiào）果（guǒ），使用白雲石質鋼包（bāo）內襯是（shì）很必要的，這樣一方麵（miàn）可（kě）以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下（xià）鋼包渣導（dǎo）致耐火材料的過度消耗。

耐火材（cái）料對（duì）鋼（gāng）中P含量的影（yǐng）響：匡加（jiā）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（shí），鋼中P含量大幅度降低，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（liàng）僅有小幅度降低。

耐火材料（liào）對（duì）鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼（gāng）水顯著增C，當（dāng）同一製品第二次使用時，鋼（gāng）水僅發生輕微增C。

耐火（huǒ）材（cái）料對鋼中H(氫)含量的影響（xiǎng）：耐火材料中的水分以及其中的有機（jī）粘結劑會對鋼水中的H含量產生（shēng）顯著影響。連鑄過（guò）程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致（zhì）吸H。對鋼包、中間包烘烤（kǎo），能有效地降低鋼（gāng）水的（de）吸H量。

耐火材料（liào）對鋼中N(氮)含量的（de）影響：傳統耐火（huǒ）材料（liào）N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用（yòng）受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼（gāng）包與中間包（bāo）之間，保護套管非常重（chóng）要，連（lián）鑄的增N點就是長水口保護（hù），此（cǐ）處增N可達（15~30）×10-6。

耐火（huǒ）材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳（lín）等（děng）人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影（yǐng）響，實驗表明：在反應30min的情況（kuàng）下，隻有鎂鈣質（zhì）耐火材料能去除鋼（gāng）水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等（děng）夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可（kě）有效地去除鋼中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合（hé）物被吸附鎂鈣質耐火材（cái）料表（biǎo）麵，形成保護層，或者從鎂鈣（gài）質耐火材料表（biǎo）麵上（shàng）剝落下來上浮至保護渣（zhā）層中；在鎂鈣質（zhì）耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水（shuǐ）中夾雜物的能力越強（qiáng）。

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種不鏽鋼冶（yě）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渣侵蝕和滲透能力（lì）比較強。燒成白雲石磚基質部（bù）分致密程度高，較不燒白雲石磚（zhuān）具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵（qīn）蝕和滲透比（bǐ）高堿度渣嚴重得多。相（xiàng）對（duì）而言，燒成（chéng）的鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕性（xìng）明顯好於不燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材料具有良好（hǎo）的抵抗（kàng）高堿度熔渣的侵蝕和滲透能（néng）力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料（liào）表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔（róng）渣具有較強的侵蝕和滲（shèn）透能力，主要是熔渣對基質的（de）強溶蝕並滲透作用。

甘肅鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣磚種類複（fù）雜。除（chú）具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能同時取（qǔ）決於CaO及（jí）C的含量。CaO含量越高（gāo），抗（kàng）剝落（luò）性能越好（hǎo），淨化鋼水的（de）效果（guǒ）也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢（xián）等人（rén）采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣（zhā）、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（yàn）。實驗結果表（biǎo）明：初期（qī）渣（zhā）MgO—C磚蝕損率比（bǐ）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磚的侵蝕較輕（qīng），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（bǐ）MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比（bǐ）MgO—C磚（zhuān）侵（qīn）蝕嚴重。

孫惠章等（děng）人研究結果（guǒ）表（biǎo）明鎂白雲石碳磚高溫抗氧（yǎng）化（huà）性和熱（rè）震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而（ér）且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉鋼（gāng）的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影（yǐng）響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量（liàng）非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小（xiǎo）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（yǒu）高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐（nài）火材料始終與（yǔ）鋼水（shuǐ）接觸，一般耐（nài）火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣（gài）質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙（wū）染環境。