徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化（huà）作用，總是認為耐火（huǒ）材料或多（duō）或少地會對鋼水產生汙（wū）染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研（yán）究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但（dàn）不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置（zhì）中應（yīng）用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材（cái）料的（de）特征

白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然礦物原（yuán）料（liào），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（huǒ）材料（liào）、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材（cái）料。

其中，白雲石質耐（nài）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成的耐火材（cái）料。MgO、CaO含量（liàng）的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性（xìng）能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）力越（yuè）強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能（néng）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（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越（yuè）差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條（tiáo）件，合理選擇（zé）鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼（gāng）水作（zuò）用的（de）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（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中（zhōng）雜質及夾（jiá）雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等（děng）雜質反應，使其轉移到爐渣中，具（jù）有除去雜質、淨化鋼（gāng）水（shuǐ）的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂（měi）鈣質（zhì）耐（nài）火（huǒ）材料也適合（hé）用（yòng）於（yú）冶煉（liàn）低（dī）氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼（gāng）、特（tè）殊（shū）鋼等設備的耐（nài）火材（cái）料。近年來，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（duì）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在真空條件下容易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮發性是有影響的，含（hán）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（cái）料中加（jiā）入（rù）一定量的CaO製成MgO—CaO質（zhì）耐火材料（liào），在高溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐（nài）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（gāo）的（de）高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低（dī），就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫（wēn）下（xià）以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很（hěn）小，因此，精煉（liàn）設備應該選用鎂鈣（gài）質耐火材料。溫度升高不（bú）利於脫P，但鋼包中采用CaO含（hán）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（zhì）耐火（huǒ）材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透（tòu）性好，特別是（shì）熔渣中SiO2滲入會（huì）與（yǔ）MgO-CaO耐（nài）火材料中的CaO反（fǎn）應生成（chéng）高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的（de）滲透。

關於（yú）H含量的問題（tí），采用（yòng）真空精煉，其H主要來自熔渣（zhā）或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下（xià）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（huǒ）材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王（wáng）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（yǎng）平衡分壓，在鋼水中的溶解度（dù）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（lín）等人試（shì）驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中S的（de）反應，檢驗鎂鈣質耐火材（cái）料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過（guò）45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一（yī）方麵（miàn）可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵（miàn）可以避免強還原條件下鋼（gāng）包渣導致耐火材料的過（guò）度消耗。

耐火材料（liào）對鋼中P含量的影響：匡（kuāng）加才研究MgO—CaO質澆注（zhù）料（liào）對（duì）鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為（wéi）25%時，鋼中（zhōng）P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含（hán）量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗（yàn）表明（míng），使用含C耐火（huǒ）材料，鋼水顯著增C，當同一製品第（dì）二次使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增C。

耐火材料對鋼（gāng）中H(氫（qīng）)含量的影響：耐火材（cái）料（liào）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（shēng）顯著影響（xiǎng）。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（yǒu）機粘結劑導致吸H。對（duì）鋼包、中間包烘烤，能（néng）有效地（dì）降低鋼水的吸H量。

耐火材（cái）料對鋼中N(氮)含量的（de）影響：傳統耐（nài）火材料N含量很低，近年來氮化物（wù）在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造（zào）成增N。更（gèng）大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管（guǎn）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（duì）鋼水中夾雜物的影響：田（tián）琳等人研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響（xiǎng），實驗表明：在反應30min的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐（nài）火材料能去（qù）除鋼水中的夾雜物（wù），其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐（nài）火材（cái）料中的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生（shēng）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（jiá）雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵，形成（chéng）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（gāo），吸（xī）附鋼水中（zhōng）夾雜物的（de）能力越強。

鎂（měi）鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種（zhǒng）不鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得（dé）出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強（qiáng）。燒成白雲石磚（zhuān）基質部分致密程度高，較不燒白雲（yún）石磚具有更好的（de）抗高堿度渣侵（qīn）蝕性（xìng）。堿度（dù）較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的燒成鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕能力好於CaO含量（liàng）低的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具（jù）有良好的抵抗高堿度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）料表層致密化而有效抑製熔渣的（de）滲透。低堿度（dù）熔渣具有較強的（de）侵（qīn）蝕和滲透能力（lì），主要是熔渣對基（jī）質的強溶（róng）蝕並滲透作用。

黔西南鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂（měi）鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳（tàn）磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的性能同時取決於（yú）CaO及C的含量。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（liàng）越高，抗渣侵蝕（shí）和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑（shū）賢等人采用煉鋼轉（zhuǎn）爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對（duì）鎂鈣（gài）碳磚及鎂碳磚的侵蝕（shí）進行實驗。實驗結（jié）果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵（qīn）蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層（céng）；可是中（zhōng）期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）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（zhuān）侵蝕嚴重。

孫惠章等人研（yán）究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性（xìng）和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力（lì）強；而（ér）且磚中的CaO有利於（yú）鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐（lú）襯。

白雲石質耐火材（cái）料對潔淨鋼的影響

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，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、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐（nài）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材料能淨化鋼（gāng）水，除去鋼中的非金屬（shǔ）夾雜物，而（ér）且（qiě）不汙染環境。