徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接（jiē）接觸的耐火材料（liào）對鋼水的淨化（huà）作（zuò）用，總是認為（wéi）耐火材料或多或少地會對鋼（gāng）水產生汙染。可是通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐火（huǒ）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（gāng）水，反而（ér）能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置（zhì）中（zhōng）應用日益增（zēng）加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

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（nài）火材料主要（yào）包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料。

其中，白（bái）雲石質耐火材料是（shì）指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不（bú）定形耐（nài）火材料；鎂（měi）白雲石和（hé）鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石（shí）與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製（zhì）品的高溫使用性能，MgO含量（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越（yuè）強；CaO含量越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的（de）能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、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，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對（duì）淨化鋼水作用的影（yǐng）響

潔（jié）淨鋼、特殊（shū）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（lú）外（wài）精煉除去鋼中（zhōng）雜質及夾雜（zá）物以及脫氣、調（diào）整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐（nài）火材料中的遊（yóu）離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉（zhuǎn）移到爐渣中，具有除（chú）去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精（jīng）煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等（děng）設備的耐火材料。近年來（lái），為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消（xiāo）耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了（le）許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，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（jiàng）低。因（yīn）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質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度（dù）渣，並且鋼（gāng）水（shuǐ）中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要（yào）選擇氧勢（shì）盡可能低的耐（nài）火材料，Mg與Ca在高溫下以（yǐ）氣（qì）態（tài）存在，在鋼水中的（de）溶（róng）解度很小，而CaO的氧勢也（yě）很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質（zhì）耐（nài）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含量高的鎂鈣（gài）質耐火材料同（tóng）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，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火（huǒ）材料中的CaO反應生成高熔（róng）點（diǎn）化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題（tí），采（cǎi）用真空精煉，其H主（zhǔ）要來自熔渣或精（jīng）煉（liàn）設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要（yào）在1200℃下長期烘烤，充分（fèn）排（pái）除其中的水分，就不存在鋼水（shuǐ）中氫（H）含量增高問題。

鎂（měi）鈣質耐火材料對鋼水性能的（de）影響

耐（nài）火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人（rén）認（rèn）為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定（dìng）性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶（róng）解度（dù）很小（xiǎo），被認（rèn）為是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效（xiào）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中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明（míng）：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現（xiàn）象。為了使鋼（gāng）包獲得有效（xiào）的（de）脫S效果，使用白雲石質鋼（gāng）包內襯是很必要的，這樣一方麵（miàn）可以（yǐ）盡可能降低鋼包（bāo）內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料（liào）的過度消耗（hào）。

耐火材料（liào）對鋼中P含（hán）量的（de）影響：匡加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注（zhù）料對（duì）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（liàng）大幅度（dù）降低，由原始的0.1%降低到（dào）0.01%，進一步提高（gāo）CaO含量，鋼中P含（hán）量僅有（yǒu）小幅度降低。

耐火材料對鋼水（shuǐ）碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水（shuǐ）顯（xiǎn）著（zhe）增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中（zhōng）H(氫)含量的影響：耐火材料中（zhōng）的水分以（yǐ）及其中的有機粘（zhān）結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包（bāo）和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸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（duì）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（yīng）用受到關注，如Sialon分解對鋼（gāng）水造成增N。更大的增（zēng）N量在鋼包與中（zhōng）間包之間，保（bǎo）護套管非常重要（yào），連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐（nài）火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等（děng）人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與鎂鈣耐火材（cái）料中的（de）CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複（fù）合（hé）化合物，熔點約（yuē）為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高（gāo）熔點化合物被吸附鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料表麵，形成保護層（céng），或者從（cóng）鎂鈣質耐火材料表麵上剝落（luò）下來上浮至保護渣層（céng）中；在（zài）鎂鈣質耐火材料中的活（huó）性CaO含量越（yuè）高，吸（xī）附鋼水中（zhōng）夾雜物的能力越強。

鎂鈣（gài）質耐火材料的抗（kàng）侵蝕性能：梁義兵等（děng）人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗（kàng）渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石（shí）磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分（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（qīn）蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種（zhǒng）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（xiǎn）好於不燒鎂（měi）鈣（gài）磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於（yú）CaO含量低的鎂鈣磚。鎂（měi）鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透（tòu）能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出（chū）C3S，使材料表層致密化而有效抑（yì）製熔渣的滲透。低堿度熔渣（zhā）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（shèn）透作用。

紅河鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕的（de）研究

鎂鈣碳磚主要性能：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（yú）CaO及C的含量。CaO含量越（yuè）高，抗（kàng）剝落性能越好（hǎo），淨（jìng）化鋼水的（de）效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性（xìng）能越強。

鎂鈣碳磚的（de）抗侵蝕研究：崔（cuī）淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期（qī）渣和（hé）終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進行實驗。實驗結果（guǒ）表明（míng）：初期渣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（yán）重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕較輕，是因為在磚（zhuān）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∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等（děng）人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗（kàng）氧化性和熱震穩定性好（hǎo），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，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐（nài）火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不（bú）僅數量少，而且尺寸很小和形（xíng）態得到控製，合金元素成分精準並且分布均（jun1）勻，使鋼材具有高性（xìng）能、高品質（zhì）。在鋼水從冶（yě）煉到精煉的整個過（guò）程中，耐火材料始終與鋼水（shuǐ）接觸，一（yī）般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即（jí）鎂鈣質耐火材料能（néng）淨化鋼水，除去鋼中的非（fēi）金屬夾雜（zá）物，而且不汙染（rǎn）環境。