徐平坤

以前（qián），從煉鋼工藝的角度研究提高鋼（gāng）的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總（zǒng）是認為耐火材料或（huò）多或少地會對鋼水產生（shēng）汙染。可（kě）是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣質）耐（nài）火材料的理論研究和實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼（gāng）水，反而能淨化鋼（gāng）水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增（zēng）加。

白雲石與鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐（nài）火材料、鎂鈣質耐火材（cái）料。

其（qí）中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做（zuò）原料的定型或不定形耐火材（cái）料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火（huǒ）材料是用鎂石（shí）與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化（huà）影響鎂鈣質製品的高溫使（shǐ）用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）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（rú）變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，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（bèi）的不同部位使用條件，合理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨（jìng）化鋼（gāng）水（shuǐ）作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質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（wù）以（yǐ）及脫氣、調整化學（xué）成分和均勻化等（děng）。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（zhā）中，具有除（chú）去雜質、淨化鋼水（shuǐ）的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣（gài）質耐火材料也適合（hé）用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼（gāng）、純淨鋼、特殊（shū）鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料（liào）消耗，研究人員（yuán）對白雲石質耐火材料進行了許多試驗（yàn）研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分（fèn）數）就可使（shǐ）MgO相對揮發性大大降低。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（tiáo）件下使用比純MgO質（zhì）耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含（hán）量低，熔（róng）渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並（bìng）且鋼水中溶解的O含量（liàng）盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的（de）耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度（dù）升高不利於脫（tuō）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（cái）料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的熱（rè）震穩定性高、抗（kàng）渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成（chéng）高熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的（de）滲透。

關於H含（hán）量的問題，采用真空精煉（liàn），其H主要來自熔渣或精煉設（shè）備內襯耐火（huǒ）材料（liào）的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下（xià）長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量（liàng）增高問題（tí）。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認（rèn）為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓（yā），在鋼（gāng）水中的溶（róng）解度很小，被（bèi）認（rèn）為是防止（zhǐ）鋼水增氧的（de）有（yǒu）效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢（jiǎn）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70.12%；超過45min，脫S率降（jiàng）低，出現“回S”現象。為（wéi）了使鋼包（bāo）獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包（bāo）內襯是很必要的，這（zhè）樣一方麵可以盡可能降（jiàng）低鋼包內襯的再氧化能力（lì），另一（yī）方麵可以避（bì）免強還原條件下鋼包渣導致耐火材（cái）料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含（hán）量的影響：匡加（jiā）才研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果（guǒ）表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量（liàng）大（dà）幅（fú）度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐（nài）火材（cái）料對鋼水碳含量的影響：實驗（yàn）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，鋼水僅（jǐn）發生（shēng）輕微增（zēng）C。

耐火材料對鋼中（zhōng）H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火（huǒ）材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含（hán）量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包（bāo）和中間（jiān）包係統中使用保護套（tào）管保護主流時，有機（jī）粘結劑導致吸H。對鋼包、中間（jiān）包烘烤，能有效地降低鋼（gāng）水的吸H量。

耐火材料（liào）對鋼中N(氮)含量的影響（xiǎng）：傳統耐火（huǒ）材料N含量很低，近年來氮化（huà）物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼（gāng）水造成增N。更大的（de）增N量在鋼包（bāo）與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的（de）增N點就是長（zhǎng）水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料（liào）對鋼水中夾雜物的（de）影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線（xiàn）鋼鋼（gāng）水（shuǐ）潔淨化的影響，實（shí）驗表明：在反（fǎn）應30min的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐（nài）火材料能去除（chú）鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均（jun1）使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）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（yuē）為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成（chéng）保（bǎo）護層，或者從鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵上剝落下來上浮（fú）至保護渣層中；在鎂鈣質（zhì）耐火材料中的活性CaO含量越（yuè）高，吸附（fù）鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等（děng）人采用靜態坩堝法研究3種不鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣磚（zhuān）的抗渣性。試驗結（jié）果得出，CaO含量高的白雲（yún）石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強（qiáng）。燒（shāo）成白雲石磚基質部（bù）分致密程度（dù）高，較（jiào）不燒白雲石磚（zhuān）具有（yǒu）更好的抗高堿度渣（zhā）侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣（zhā）嚴重得多。相對而言，燒（shāo）成的鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕性（xìng）明顯好於不燒（shāo）鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的燒成鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕能（néng）力好於CaO含量低的鎂（měi）鈣磚。鎂鈣質（zhì）材料具有良好的抵抗高堿（jiǎn）度熔渣的侵蝕和滲透能（néng）力，這是因為（wéi）渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有（yǒu）效（xiào）抑製熔渣的滲透。低堿度熔（róng）渣具有較強的侵蝕和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

西寧鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕（shí）的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的（de）特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性（xìng）、抗熱震性。鎂（měi）鈣碳磚的（de）性能同時取決（jué）於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落（luò）性能越好（hǎo），淨化鋼水的效果也（yě）越（yuè）好；C含量（liàng）越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和（hé）終期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行（háng）實驗。實驗結果表明：初（chū）期渣MgO—C磚蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產（chǎn）生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為（wéi）在磚（zhuān）的界麵上產生了（le）C2S保護（hù）層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）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。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫（wēn）抗氧化性和熱（rè）震穩定性好，抗（kàng）酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於（yú）鋼水的（de）脫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（yǐng）響

潔淨鋼係指（zhǐ）鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少（shǎo），而且尺（chǐ）寸很小（xiǎo）和形態得到控製，合金元素成分精準（zhǔn）並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉（liàn）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，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火（huǒ）材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾（jiá）雜（zá）物，而且不汙染環境（jìng）。