徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸（chù）的耐火（huǒ）材（cái）料對鋼水的淨化作用，總是認（rèn）為耐火材（cái）料或多或少地會對鋼水產生汙（wū）染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質（zhì））耐火材料的理論研究和實際試（shì）驗（yàn），得（dé）出鎂鈣質材料不但（dàn）不（bú）汙染（rǎn）鋼水，反（fǎn）而能淨化鋼水，並且也不汙染環（huán）境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精（jīng）煉裝置中（zhōng）應用日益增（zēng）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（wù）原料（liào），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（nài）火材料主要包括白雲（yún）石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火（huǒ）材（cái）料是指全部用煆（duàn）燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火（huǒ）材料（liào）；鎂白雲石和（hé）鎂鈣（gài）質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材（cái）料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品（pǐn）的高（gāo）溫使用性能，MgO含量（liàng）越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水化能力越強；CaO含量越高，抗（kàng）高SiO2熔渣的能力越強（qiáng），高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水（shuǐ）化和（hé）抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能（néng）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，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼（gāng）等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等（děng）夾雜物的含量（liàng）要求嚴格，需要爐外（wài）精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整（zhěng）化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊（yóu）離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等（děng）雜質反（fǎn）應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜（zá）質、淨化鋼（gāng）水的功能。由於（yú）CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶（yě）煉潔淨鋼、純（chún）淨鋼、特殊鋼等設備的（de）耐火材料。近年（nián）來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗（hào），研究人員對白雲石（shí）質耐火材料進行了許多（duō）試驗研究，取得了很好的結果。

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

鋼水中的脫S反應中，要使鋼（gāng）水S含量低，熔渣必須（xū）是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選（xuǎn）擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫（wēn）下（xià）以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此（cǐ），精（jīng）煉設備應（yīng）該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即（jí）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高、抗渣滲透性好，特別是（shì）熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點（diǎn）化合物C2S或C3S,形成保護層（céng），從而抑（yì）製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采（cǎi）用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材（cái）料的水分及有機添加物。熱力學（xué）分析認為：要在1200℃下長期（qī）烘烤（kǎo），充（chōng）分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量（liàng）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（de）影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力（lì）學穩定性高（gāo），具有很低的氧平衡（héng）分壓，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，被認為是防止鋼（gāng）水增（zēng）氧的有效材料。

耐火材料對鋼中（zhōng）S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣（gài）磚與鋼水中S的反應（yīng），檢驗鎂鈣質耐（nài）火材料的脫S效果。結果表明：在（zài）1600℃下，反應45min時（shí），脫（tuō）S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降（jiàng）低，出現“回S”現（xiàn）象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用（yòng）白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡（jìn）可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一（yī）方麵可以避免強還原（yuán）條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的（de）影響：匡加才研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中P含量（liàng）的影響。實驗結果表（biǎo）明（míng）：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含（hán）量大幅度降低，由（yóu）原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高（gāo）CaO含量（liàng），鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐（nài）火材料對鋼水碳含量的（de）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（shǐ）用時，鋼水僅發（fā）生輕微增C。

耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）中H(氫)含（hán）量的影響：耐火材料中的水分以及其中的（de）有機粘結（jié）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（bāo）係統中使用保（bǎo）護套管保（bǎo）護主流時，有機粘結（jié）劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水（shuǐ）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（liào）中（zhōng）應用受到關注，如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造成增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點就是長水口保（bǎo）護（hù），此處增（zēng）N可達（15~30）×10-6。

耐火（huǒ）材料對鋼水中夾（jiá）雜物的（de）影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻（gè）耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影（yǐng）響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻（zhī）有鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火（huǒ）材料均（jun1）使鋼水夾雜物數量增（zēng）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（róng）點約為1400℃左右，可有效地去除鋼（gāng）中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣（gài）)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高熔點化（huà）合物被吸附鎂鈣質耐（nài）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（shàng）浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的活性CaO含量越高（gāo），吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵（qīn）蝕性能：梁義兵等人（rén）采用靜態坩堝法研究3種不鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣（zhā）性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣（zhā）侵蝕和滲透能力（lì）比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三（sān）種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴（yán）重得多。相對（duì）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能力好於CaO含量低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材料具有良好的抵抗（kàng）高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力（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（de）滲透。低（dī）堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透（tòu）能力，主要是熔渣對（duì）基質的強溶蝕並滲透（tòu）作用。

石家莊鎂磚之鎂鈣碳磚的（de）性能及抗侵蝕（shí）的（de）研究

鎂鈣碳磚主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂鈣磚種類（lèi）複雜。除（chú）具備鎂鈣磚（zhuān）的（de）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。鎂鈣碳磚的性能（néng）同時取決於（yú）CaO及C的含量。CaO含（hán）量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也（yě）越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢（xián）等（děng）人采用煉鋼轉爐的初期渣、中（zhōng）期（qī）渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初（chū）期（qī）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，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是（shì）中期渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕損率（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MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重。

孫惠章等人（rén）研究結果表明（míng）鎂白雲石碳磚高溫抗氧（yǎng）化性和熱震（zhèn）穩定性好，抗酸性熔渣能力強（qiáng）；而且磚中的CaO有利於鋼水的（de）脫（tuō）O、脫S、脫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（jié）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（jīn）元素成分精準並且分布（bù）均勻，使鋼材具有高（gāo）性（xìng）能、高品質（zhì）。在鋼水從冶煉到精煉的整個（gè）過程中，耐火（huǒ）材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有（yǒu）些汙染，唯有白雲石質即鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料能（néng）淨化鋼水，除去（qù）鋼中（zhōng）的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。