徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼（gāng）的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸（chù）的耐火材料對鋼水的淨（jìng）化作用，總是認為耐火材料或多或少地（dì）會對鋼水產生汙染（rǎn）。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研（yán）究和實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材料（liào）不但不汙（wū）染（rǎn）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）精煉（liàn）裝（zhuāng）置中應（yīng）用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征（zhēng）

白（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物（wù）原料，煆燒（shāo）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（nài）火材料（liào）主（zhǔ）要（yào）包括白雲石質耐（nài）火材料、鎂白雲石（shí）質（zhì）耐火材料、鎂鈣質耐火材（cái）料。

其中，白雲石質耐火材料是指全（quán）部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲（yún）石和鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料是（shì）用鎂石與（yǔ）白雲石合成（chéng）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熔渣和抗水化能力越強；CaO含量（liàng）越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗（kàng）剝落性能和脫硫、脫磷的效（xiào）果越好，但抗（kàng）水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差（chà）。因此，應該根（gēn）據爐外精煉等熱工（gōng）設備的不（bú）同部位使用條件，合理選擇（zé）鎂鈣質耐（nài）火材料中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調（diào）整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜（zá）質（zhì）反應，使（shǐ）其轉移到爐渣中，具有（yǒu）除去雜質、淨（jìng）化鋼（gāng）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鋼，是爐外精煉（liàn）冶（yě）煉潔淨（jìng）鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材（cái）料（liào）。近年來，為了淨化鋼水、延長爐（lú）襯（chèn）壽命、降低耐火（huǒ）材料（liào）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在真空條件（jiàn）下容易揮發（fā），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（duì）揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入（rù）一（yī）定量的CaO製成（chéng）MgO—CaO質耐火材料（liào），在高（gāo）溫（wēn）真空條件下使用比純MgO質耐火（huǒ）材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，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（gāng）水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧（yǎng）勢（shì）盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫（wēn）下（xià）以氣態存在（zài），在鋼水中的溶解（jiě）度很（hěn）小（xiǎo），而（ér）CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質（zhì）耐火材料。溫度升高不（bú）利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔（róng）渣有利脫P，因此（cǐ），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（de）熱震穩定性（xìng）高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐火（huǒ）材料中（zhōng）的CaO反應（yīng）生成高熔點化（huà）合物（wù）C2S或（huò）C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含（hán）量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的（de）水（shuǐ）分及有機添加物。熱力學分析認為：要在（zài）1200℃下長期（qī）烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水（shuǐ）中氫（H）含量（liàng）增高問題。

鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料對鋼（gāng）水性能的影響

耐火材料（liào）對鋼中氧含量（liàng）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（jiě）度很小，被認為是防止鋼水增氧的有（yǒu）效材料。

耐火材（cái）料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果（guǒ）。結（jié）果（guǒ）表明：在1600℃下，反應45min時，脫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，使用白（bái）雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧（yǎng）化能力，另一方（fāng）麵可以避（bì）免強還原條（tiáo）件（jiàn）下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量（liàng）的影響：匡加才研究（jiū）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（dù）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（dù）降低。

耐火材料（liào）對鋼水碳（tàn）含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增（zēng）C，當同一製（zhì）品第二次使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響（xiǎng）：耐火材料中的水分以及（jí）其中的有機粘結劑會對鋼（gāng）水（shuǐ）中（zhōng）的H含量（liàng）產生（shēng）顯著影響。連（lián）鑄過程中，鋼包和中間包係統中（zhōng）使用保（bǎo）護套（tào）管保護（hù）主流時（shí），有機粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸（xī）H量。

耐火材料對鋼中N(氮（dàn）)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼（gāng）水造成增N。更大的（de）增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重（chóng）要，連（lián）鑄的增N點就（jiù）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（zá）物的（de）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（qí）餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火（huǒ）材料中的CaO反應，如（rú）CaO與（yǔ）Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複（fù）合（hé）化合物，熔（róng）點約為1400℃左右，可有效地去除（chú）鋼（gāng）中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高熔點化合（hé）物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護（hù）層，或（huò）者從鎂鈣質耐火材料表麵上（shàng）剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料中的（de）活性CaO含量越高，吸附（fù）鋼水中夾雜物的能力越（yuè）強。

鎂鈣（gài）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（jiū）3種不鏽鋼冶煉（liàn）用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣（zhā）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（yǒu）更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐（lú）渣對三種磚的侵蝕（shí）和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於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侵蝕和滲透能（néng）力，這是因為渣與鎂（měi）鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有（yǒu）效抑製熔渣的滲透。低（dī）堿度熔渣具有（yǒu）較強的侵（qīn）蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是熔渣對基（jī）質（zhì）的強溶蝕並滲透作用。

赤峰鎂磚之鎂鈣碳磚的（de）性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚（zhuān）種類複（fù）雜。除具（jù）備鎂鈣磚的特（tè）性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有（yǒu）更好的真空穩定（dìng）性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於（yú）CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝落性能越好（hǎo），淨化鋼水的效果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣（gài）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（zhuān）的侵蝕進（jìn）行實驗。實驗結果表明：初（chū）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（shí）損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的（de）界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣（zhā）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渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠（huì）章等（děng）人研（yán）究結果表明鎂白雲石（shí）碳磚高溫抗氧化性和熱震穩（wěn）定性（xìng）好，抗酸性熔渣能力強（qiáng）；而且磚中的（de）CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫（tuō）P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不（bú）僅數量少，而且尺寸很小和形態得（dé）到控製，合金元素成分精準並（bìng）且分布均勻，使鋼材具（jù）有高性能、高品質。在鋼（gāng）水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼（gāng）水接觸，一般（bān）耐（nài）火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非（fēi）金屬（shǔ）夾雜物，而且不汙染環（huán）境。