徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純（chún）淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的（de）耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐（nài）火（huǒ）材料（liào）或多或少地會對鋼（gāng）水產生汙染。可是通過對白（bái）雲（yún）石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣（gài）質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在（zài）AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料（liào）的特征

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

其中，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料；鎂（měi）白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石（shí）與（yǔ）白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用（yòng）性能，MgO含量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水（shuǐ）化能力越（yuè）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（tuō）磷的效果越好，但抗水化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）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（xuǎn）擇鎂鈣質耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨（jìng）化鋼水作用的影響（xiǎng）

潔淨鋼、特（tè）殊鋼（gāng）等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等（děng）夾雜物（wù）的含量要求嚴格，需要爐（lú）外精煉除去鋼中雜質及（jí）夾雜物以及脫氣（qì）、調整化學成（chéng）分和均勻化等。鎂鈣質（zhì）耐火材料中的遊（yóu）離CaO，易與（yǔ）鋼水中的S、P等雜（zá）質反應，使其轉（zhuǎn）移到（dào）爐渣中，具有除去雜質、淨化（huà）鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂（měi）鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外（wài）精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來（lái），為了淨化（huà）鋼水、延長（zhǎng）爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材（cái）料進行了許多試（shì）驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件（jiàn）下容易揮發，而CaO對MgO的（de）揮發性是有（yǒu）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（dìng）量的CaO製成MgO—CaO質耐火（huǒ）材（cái）料，在高溫真空條件下使用比純（chún）MgO質耐（nài）火材料更合適。

鋼水中（zhōng）的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔（róng）渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中（zhōng）溶解的O含量盡可能要低（dī）。要使O含（hán）量低，就要選擇氧勢（shì）盡可能低（dī）的耐火（huǒ）材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下（xià）以氣態存在，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設備應（yīng）該選用（yòng）鎂鈣質（zhì）耐火材料。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（zhā）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（liào）的熱震穩（wěn）定性（xìng）高、抗渣滲透性好，特（tè）別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高（gāo）熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣（zhā）的滲透（tòu）。

關於H含量的問題，采用真（zhēn）空精煉，其H主（zhǔ）要來自熔（róng）渣或精煉設備內襯耐火材料（liào）的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤（kǎo），充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐（nài）火材料對鋼中氧含量的影響：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，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材（cái）料對鋼（gāng）中（zhōng）S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果（guǒ）表明：在1600℃下（xià），反應45min時，脫S效果（guǒ）更好，脫S率達70.12%；超過（guò）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的，這樣一方麵可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鋼（gāng）包渣導致耐火材料的過度消耗（hào）。

耐（nài）火材料（liào）對鋼中（zhōng）P含量的影（yǐng）響：匡加才研究MgO—CaO質澆注（zhù）料對（duì）鋼中（zhōng）P含量的影響。實（shí）驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大（dà）幅度降低，由原始的（de）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。

耐火材料對鋼水碳含（hán）量的影響：實驗表（biǎo）明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增（zēng）C，當同一（yī）製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫（qīng）)含量的影響（xiǎng）：耐火材料中的水分以及其中（zhōng）的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影（yǐng）響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結（jié）劑導致吸H。對（duì）鋼包、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（hán）量（liàng）的影響：傳統耐火材料N含量很（hěn）低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解（jiě）對鋼水造成增N。更大的增N量（liàng）在鋼（gāng）包（bāo）與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人（rén）研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表（biǎo）明：在反應（yīng）30min的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐火材料能去（qù）除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量（liàng）增加。Al2O3、SiO2等（děng）夾（jiá）雜物可與鎂鈣耐（nài）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（dì）去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點化合物（wù）被吸附鎂鈣質耐火（huǒ）材料表（biǎo）麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝（bāo）落下來上浮至保護（hù）渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性（xìng）CaO含（hán）量越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法（fǎ）研究（jiū）3種不鏽（xiù）鋼冶（yě）煉用鎂鈣磚的抗渣性（xìng）。試驗（yàn）結果得出，CaO含（hán）量高的白雲石磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強（qiáng）。燒（shāo）成白雲（yún）石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚（zhuān）具有更好的抗高堿度（dù）渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比（bǐ）高堿度渣嚴重得多。相對而言，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（liàng）高的燒成鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕能力好於（yú）CaO含量低的鎂（měi）鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度（dù）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（cái）料表（biǎo）層致密（mì）化而有效抑製熔（róng）渣的滲透。低堿度熔（róng）渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

百色鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕的研究

鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂（měi）鈣磚種類（lèi）複（fù）雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具（jù）有（yǒu）更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的性（xìng）能同時取決於CaO及（jí）C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越（yuè）好，淨化鋼（gāng）水的（de）效果也越好；C含量（liàng）越高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝落性能越強（qiáng）。

鎂鈣（gài）碳（tàn）磚的（de）抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐（lú）的初期渣、中期渣（zhā）和終期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚及（jí）鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）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（jiào）輕，是因為在磚（zhuān）的界麵上產（chǎn）生了C2S保護層（céng）；可是（shì）中（zhōng）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（zhōng）及被渣中∑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（tàn）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，適合冶煉鋼的（de）電爐爐襯。

白雲石質耐火材（cái）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（liàng）非常少，非金屬（shǔ）夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能（néng）、高品質。在鋼水從冶煉到精（jīng）煉的整（zhěng）個過程中，耐火材料始終與鋼水（shuǐ）接觸，一（yī）般耐火材料對鋼水（shuǐ）或多或少總有些汙染，唯有白雲（yún）石質即鎂鈣質耐火材料（liào）能淨化鋼（gāng）水（shuǐ），除去鋼中的非（fēi）金屬夾雜物，而且不汙染環（huán）境。