徐平坤

以前（qián），從煉鋼工藝的角（jiǎo）度研究提高（gāo）鋼的純淨（jìng）度（dù），沒有考慮與鋼水直接接觸的耐（nài）火（huǒ）材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或（huò）多或少地會（huì）對鋼（gāng）水產生汙（wū）染。可是通過對（duì）白（bái）雲石（shí）質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得（dé）出鎂鈣質材（cái）料不但不汙染鋼水，反而能淨化（huà）鋼水，並且也不（bú）汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣（gài）質耐火材料的特征

白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的（de）理（lǐ）論組（zǔ）成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣（gài）質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料（liào）、鎂鈣質耐（nài）火材料。

其中，白雲石質耐火材料（liào）是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合（hé）成的耐（nài）火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質（zhì）製品的高溫使用性能，MgO含量（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗（kàng）水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高溫蠕（rú）變越大，抗剝落（luò）性能（néng）和脫（tuō）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（jīng）煉等熱（rè）工設備的不同（tóng）部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料（liào）中的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、特殊鋼等對鋼中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要（yào）求嚴格，需要爐外（wài）精煉除去鋼中雜質及夾雜物以（yǐ）及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材（cái）料中的遊離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（shì）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（huǒ）材料。近年（nián）來，為了淨化鋼（gāng）水、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗，研究人（rén）員對白雲石質（zhì）耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果（guǒ）。

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

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水（shuǐ）S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣（zhā），並且鋼水（shuǐ）中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要（yào）選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫（wēn）下以氣態存在，在鋼（gāng）水中的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，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（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（nài）火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐（nài）火材料的熱震穩（wěn）定性高、抗渣滲透性（xìng）好，特別是熔渣（zhā）中SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐（nài）火（huǒ）材料（liào）中的CaO反應生成高（gāo）熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而（ér）抑製熔渣的滲透。

關（guān）於H含量的問題，采用真空精煉（liàn），其H主要（yào）來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料（liào）的水分及有機（jī）添加物。熱力學分析認為：要（yào）在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含（hán）量增高問（wèn）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（lóng）光等（děng）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（zài）鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研（yán）究鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料的脫S效果。結（jié）果表明：在1600℃下，反應45min時（shí），脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出（chū）現“回（huí）S”現（xiàn）象。為了使鋼包獲得有效的脫S效（xiào）果，使用白雲石質鋼包內襯是很（hěn）必要的，這（zhè）樣一方麵可以盡可能降低鋼（gāng）包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原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含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注料（liào）對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當（dāng）澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度（dù）降（jiàng）低，由原始的0.1%降低（dī）到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

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，鋼水顯著（zhe）增C，當同一製品第二次使用時（shí），鋼水僅發生輕微增C。

耐火材（cái）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）有機粘結劑會對鋼水中的（de）H含量產生顯著影響。連鑄過程（chéng）中，鋼包和中間包（bāo）係（xì）統（tǒng）中使用保護套管保護主流時，有（yǒu）機粘結劑導致（zhì）吸H。對鋼包（bāo）、中（zhōng）間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸（xī）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（liàng）很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包（bāo）與中間包之間（jiān），保護套管非常重要，連（lián）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：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料（liào）對管線鋼（gāng）鋼水潔淨化的（de）影響，實驗表明：在反應（yīng）30min的情況（kuàng）下，隻有鎂（měi）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（cái）料均使鋼水夾雜物（wù）數量增加。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（fù）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(矽酸二鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火（huǒ）材料表（biǎo）麵，形成保護層，或者從鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料（liào）表麵上剝落下來上浮至保護渣層（céng）中；在鎂鈣質耐（nài）火材料中的活性CaO含量（liàng）越（yuè）高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐（nài）火材料的抗（kàng）侵蝕性能：梁義兵（bīng）等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果（guǒ）得出（chū），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（hǎo）的抗高堿度渣侵蝕性（xìng）。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透（tòu）比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂（měi）鈣質材料具有（yǒu）良好的抵（dǐ）抗高堿度熔（róng）渣的侵（qīn）蝕和滲透能力，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。低堿度熔（róng）渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲（shèn）透作用。

茂名鎂磚之鎂鈣碳磚的（de）性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特（tè）性外，鎂（měi）鈣碳磚比鎂碳（tàn）磚具有更好（hǎo）的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越（yuè）高，抗剝（bāo）落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含（hán）量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣（gài）碳磚及鎂碳磚的侵蝕進（jìn）行實驗（yàn）。實驗結果表（biǎo）明：初期（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磚的侵蝕較輕（qīng），是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損（sǔn）率反而分別比MgO—C磚高（gāo）0.4%和1.2%，因為其在高（gāo）溫中及被渣中∑FeO溶（róng）解，所以比MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴（yán）重。

孫惠章（zhāng）等人研究結果表明鎂白雲石（shí）碳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（yún）石質耐（nài）火材料對潔淨（jìng）鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅（jǐn）數量少（shǎo），而（ér）且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布（bù）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（zhōng），耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材（cái）料對鋼（gāng）水或多或少總有些汙染，唯有（yǒu）白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。