徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼的純淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼水直接接（jiē）觸的耐火材料對鋼水的淨化作（zuò）用，總是認為耐火材料或多或少地（dì）會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲（yún）石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂（měi）鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染（rǎn）環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質（zhì）耐火材料的（de）特征

白（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）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（cái）料主要包括白雲（yún）石質（zhì）耐火材料、鎂白雲石質耐（nài）火材料、鎂鈣質耐火（huǒ）材料。

其中，白（bái）雲石質耐火材料是指（zhǐ）全（quán）部用煆燒或電熔的白（bái）雲石做原料的定型或不定形耐火材（cái）料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂（měi）石（shí）與白（bái）雲石合成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含量的變化影（yǐng）響鎂鈣質（zhì）製品（pǐn）的高溫（wēn）使（shǐ）用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和（hé）抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落性能和脫硫、脫磷（lín）的效果越好，但抗水化和抗（kàng）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位使用條件（jiàn），合理選擇鎂（měi）鈣質（zhì）耐（nài）火（huǒ）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（de）影響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼等對（duì）鋼（gāng）中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含量要求嚴格，需要（yào）爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調（diào）整（zhěng）化學（xué）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等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化（huà）鋼（gāng）水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料也（yě）適（shì）合用於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐（lú）襯壽命、降低耐火材料消耗，研究（jiū）人員對白（bái）雲石質耐火材料進行了（le）許多試驗（yàn）研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易（yì）揮發，而CaO對MgO的揮發（fā）性是有影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加（jiā）入一定量的CaO製（zhì）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（shì）。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼（gāng）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低的耐火材料，Mg與（yǔ）Ca在高溫下以氣態（tài）存在，在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，而CaO的氧勢（shì）也（yě）很小，因此，精煉（liàn）設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於（yú）脫（tuō）P，但鋼包中采用CaO含量高即堿（jiǎn）度高（gāo）的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質（zhì）耐火材料同樣也有（yǒu）利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震（zhèn）穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔（róng）渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中（zhōng）的CaO反（fǎn）應（yīng）生成高熔點化合（hé）物（wù）C2S或C3S,形（xíng）成保護層，從而抑製熔（róng）渣的滲透（tòu）。

關於H含量的問題，采用真（zhēn）空精煉，其（qí）H主要來（lái）自熔渣或（huò）精煉設備內襯耐火材料的（de）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（zài）鋼（gāng）水中氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材（cái）料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認（rèn）為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高（gāo），具（jù）有（yǒu）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（zhōng）S的影響：田琳等人試驗研（yán）究鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的反應（yīng），檢驗鎂（měi）鈣質耐火材料的脫S效果。結果表（biǎo）明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達（dá）70.12%；超（chāo）過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的（de）脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要（yào）的，這樣一方（fāng）麵可以盡可能降低（dī）鋼包內襯的再（zài）氧化能力，另（lìng）一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度（dù）消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料（liào）對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原（yuán）始的0.1%降低到0.01%，進（jìn）一（yī）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（shí）驗表明，使用含C耐火材料（liào），鋼水（shuǐ）顯（xiǎn）著增C，當同一製品第（dì）二次使用時，鋼水僅發生輕（qīng）微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中（zhōng）的（de）有機（jī）粘結（jié）劑會對鋼水中的H含量產生顯著（zhe）影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使（shǐ）用保護套管（guǎn）保（bǎo）護主流時，有機粘結（jié）劑（jì）導致吸（xī）H。對鋼（gāng）包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)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，如Sialon分（fèn）解對鋼水造成增（zēng）N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，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物的影響：田（tián）琳等人（rén）研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材（cái）料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實驗表明（míng）：在反應30min的情（qíng）況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的（de）夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜（zá）物數量（liàng）增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂鈣耐火材（cái）料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生（shēng）成Ca12Al4O3的複（fù）合化合物，熔（róng）點約為1400℃左右（yòu），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（guī）酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣（gài）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（shàng）剝落下來上浮至（zhì）保護渣層中（zhōng）；在鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的活性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（de）抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣磚（zhuān）的抗（kàng）渣性。試驗結果（guǒ）得出，CaO含量高的白雲石磚抗高（gāo）堿度的（de）AOD渣侵蝕和滲透（tòu）能力比較強。燒成白雲（yún）石磚基質部分（fèn）致密程度高，較（jiào）不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的（de）VOD爐渣對三種磚的侵蝕和（hé）滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵（dǐ）抗低（dī）堿（jiǎn）度渣侵蝕（shí）性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的（de）燒成鎂鈣磚（zhuān）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力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表（biǎo）層（céng）致密化（huà）而（ér）有效（xiào）抑（yì）製熔（róng）渣的滲（shèn）透（tòu）。低堿度熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕和（hé）滲透能力，主要（yào）是熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透作（zuò）用。

九江鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的性（xìng）能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂（měi）鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳（tàn）磚比鎂碳磚（zhuān）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決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能（néng）越（yuè）好，淨化鋼水的效果（guǒ）也越好；C含量越高，抗渣侵（qīn）蝕和抗剝落性（xìng）能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚的抗侵蝕研究：崔淑賢（xián）等人采用煉（liàn）鋼轉爐的（de）初期渣、中期渣和終期渣分別對（duì）鎂鈣（gài）碳磚及鎂碳磚的（de）侵蝕進（jìn）行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損（sǔn）率比（bǐ）MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生（shēng）結構剝落（luò），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（céng）；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渣中（zhōng）∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章（zhāng）等人研究結（jié）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有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等（děng），適合冶煉鋼的電爐爐襯（chèn）。

白雲石質耐火材料對（duì）潔淨鋼的影（yǐng）響

潔淨鋼係指鋼（gāng）中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物（wù）不僅數量少，而且尺寸很小（xiǎo）和形態得到控（kòng）製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精（jīng）煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料（liào）對鋼水或（huò）多或少總有些汙（wū）染，唯有白雲石質（zhì）即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的（de）非金屬夾（jiá）雜物，而且不汙染環境。