徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼工（gōng）藝的角（jiǎo）度研究（jiū）提高鋼的（de）純淨度（dù），沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料（liào）對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對（duì）鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗（yàn），得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化（huà）鋼水，並且也不汙染環（huán）境，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（měi）鈣質耐火材料的特征

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

其中，白雲石質耐火材料（liào）是指全部用煆燒或電（diàn）熔的（de）白（bái）雲石做原料的定型或不定（dìng）形耐火材料；鎂白雲石和鎂（měi）鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）的變化（huà）影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高（gāo）溫蠕變（biàn）越大，抗剝（bāo）落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越差。因此，應該根據爐外（wài）精煉（liàn）等（děng）熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇（zé）鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐（nài）火材料對淨化（huà）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（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜（zá）質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料中的（de）遊離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜（zá）質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水（shuǐ）的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近（jìn）年來，為了淨化（huà）鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗（hào），研究人（rén）員對白雲石質耐火材料進（jìn）行了許（xǔ）多試驗研究，取得了很好的（de）結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的（de）揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使（shǐ）MgO相對揮發性大（dà）大降低。因此，MgO質材料中（zhōng）加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高（gāo）溫真空（kōng）條（tiáo）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，要使鋼水S含（hán）量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣（zhā），並且鋼水中溶解的O含（hán）量盡可能要低（dī）。要使O含量低（dī），就要選（xuǎn）擇氧勢盡可能低（dī）的耐火材料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶（róng）解度很（hěn）小，而CaO的氧勢也（yě）很小，因此，精煉設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂（měi）鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料的熱震（zhèn）穩定性高、抗渣滲（shèn）透性好，特別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐（nài）火材料中的CaO反應（yīng）生成（chéng）高熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護（hù）層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或（huò）精煉設備內襯（chèn）耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分（fèn）析（xī）認為：要（yào）在1200℃下長期烘烤（kǎo），充（chōng）分（fèn）排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增（zēng）高問題。

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：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩（wěn）定性高，具有很低的氧平衡分壓，在（zài）鋼（gāng）水中的溶解度很小，被認（rèn）為是防止鋼水增氧的有（yǒu）效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究（jiū）鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反應，檢驗（yàn）鎂鈣質耐火材（cái）料的脫S效果。結果表明：在（zài）1600℃下，反應45min時，脫（tuō）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（tuō）S效果，使用白雲石質鋼包內（nèi）襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼（gāng）包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免（miǎn）強還原條件下（xià）鋼包渣導致耐火材（cái）料的過度（dù）消耗。

耐火材（cái）料對（duì）鋼中P含量的影響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質澆（jiāo）注（zhù）料對鋼中P含量（liàng）的影響。實驗結果表明（míng）：當澆注料（liào）中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低（dī）到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中（zhōng）P含量僅有小幅度降低。

耐（nài）火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表（biǎo）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，鋼水僅發生（shēng）輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材（cái）料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄（zhù）過程中，鋼包和（hé）中間包係統中使用保護套管保（bǎo）護主流時（shí），有機粘結劑導致吸H。對鋼包（bāo）、中間包（bāo）烘烤，能（néng）有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐（nài）火材料N含量很低，近（jìn）年來氮化物在耐火材料中應用受到關（guān）注，如Sialon分解（jiě）對鋼水造成增N。更大的（de）增N量在鋼包與中間包之間，保（bǎo）護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水（shuǐ）口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐（nài）火（huǒ）材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化（huà）的影（yǐng）響，實驗表（biǎo）明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能（néng）去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均（jun1）使鋼水（shuǐ）夾雜物（wù）數量（liàng）增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）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，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材（cái）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浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物的能力越強。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等人采用（yòng）靜態坩堝法研究（jiū）3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗（kàng）渣性（xìng）。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚（zhuān）抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石（shí）磚具有更好的抗（kàng）高堿度渣侵（qīn）蝕性（xìng）。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重（chóng）得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（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（jù）有良（liáng）好的抵抗（kàng）高堿度熔渣的（de）侵蝕（shí）和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使（shǐ）材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低（dī）堿度熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕（shí）和滲透能力，主要是熔渣對基（jī）質的強溶蝕並（bìng）滲透作用。

柳州鎂磚之鎂鈣碳磚的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）種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳磚具（jù）有更好的真（zhēn）空穩定性、抗熱（rè）震性。鎂（měi）鈣碳磚（zhuān）的（de）性能同時取決於CaO及（jí）C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗（kàng）剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣（zhā）、中期渣和終期渣分別對鎂（měi）鈣碳磚及鎂碳磚的侵（qīn）蝕（shí）進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產（chǎn）生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比（bǐ）MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所（suǒ）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（gāo）溫抗氧（yǎng）化性和（hé）熱震（zhèn）穩定性好，抗酸性熔渣能力強（qiáng）；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質（zhì）耐火材（cái）料對潔淨鋼的影響

潔（jié）淨鋼（gāng）係指鋼中有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬（shǔ）夾雜物不僅（jǐn）數量少，而且尺寸很小和形（xíng）態得到控製，合金元素成（chéng）分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼（gāng）水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸（chù），一般耐火材（cái）料（liào）對鋼水或多或少總有些汙染，唯有（yǒu）白雲石質即（jí）鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去（qù）鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。