徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐（nài）火材料對鋼（gāng）水的淨化（huà）作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染（rǎn）。可是通過對白雲石質（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（wū）染鋼水，反而能（néng）淨化鋼水，並且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外（wài）精煉裝置中應用（yòng）日益增加。

白雲（yún）石與鎂鈣（gài）質耐火材料的特（tè）征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是（shì）天然礦物原料（liào），煆燒後的理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材（cái）料主要（yào）包括白（bái）雲石質耐火材（cái）料、鎂白雲石質耐火材料（liào）、鎂鈣質耐火材料。

其中（zhōng），白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲（yún）石做原料的定型或不定形耐（nài）火材料；鎂白雲石（shí）和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石（shí）合成的耐火（huǒ）材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越（yuè）大，抗剝落（luò）性能和脫硫、脫磷的效果越好，但（dàn）抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據（jù）爐外精（jīng）煉等熱工（gōng）設備的不同部（bù）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淨化鋼水作用的（de）影（yǐng）響（xiǎng）

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼（gāng）中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴（yán）格，需（xū）要爐外精（jīng）煉除去鋼中雜質及夾雜物以及（jí）脫氣（qì）、調整（zhěng）化學成分和均（jun1）勻化等。鎂鈣質耐火材料中的（de）遊離CaO，易與鋼（gāng）水中的S、P等雜質反應（yīng），使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於（yú）CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也（yě）適合用於（yú）冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外（wài）精煉（liàn）冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等（děng）設（shè）備的耐火（huǒ）材料。近年（nián）來（lái），為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料（liào）消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取（qǔ）得了很好（hǎo）的結果。

MgO在真空（kōng）條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性（xìng）是有（yǒu）影響的，含有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數）就可使MgO相（xiàng）對揮發性大大降低。因此，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（hán）量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量（liàng）低，就要選擇氧勢盡（jìn）可能低的耐（nài）火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的（de）氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設（shè）備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼（gāng）包（bāo）中采用CaO含量高（gāo）即堿度（dù）高的熔渣有（yǒu）利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同（tóng）樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性（xìng）高、抗（kàng）渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應（yīng）生成（chéng）高熔（róng）點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而（ér）抑製熔渣的滲透。

關於H含（hán）量的問題，采用真（zhēn）空精煉，其H主要來自熔渣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℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增（zēng）高問題。

鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響（xiǎng）：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性（xìng）高，具（jù）有很低的氧平（píng）衡分壓，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料（liào）。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等（děng）人試（shì）驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中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，反（fǎn）應45min時，脫S效（xiào）果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現（xiàn）象。為了使鋼（gāng）包獲得有效的（de）脫S效果，使用白雲石質（zhì）鋼包內襯是很必要的（de），這樣（yàng）一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的（de）再氧（yǎng）化能力，另（lìng）一方麵可以避免強還原條件下（xià）鋼（gāng）包（bāo）渣導致耐火材料的（de）過度（dù）消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中P含量的影（yǐng）響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中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含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐（nài）火材料對鋼（gāng）水（shuǐ）碳含量的（de）影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同（tóng）一（yī）製品第二次使用時，鋼（gāng）水僅發生輕（qīng）微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含（hán）量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機（jī）粘結劑（jì）會對鋼水中的H含量（liàng）產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護（hù）主流時，有機粘結劑導致吸H。對（duì）鋼（gāng）包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的（de）吸H量。

耐火材料對鋼（gāng）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用受（shòu）到關注，如（rú）Sialon分解對鋼水造成（chéng）增N。更大的增N量在（zài）鋼包與中間包之間，保（bǎo）護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料對鋼水中夾雜（zá）物的影響：田琳等人研（yán）究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）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，隻有鎂鈣質耐火材（cái）料能（néng）去除鋼水（shuǐ）中的夾雜物，其餘的堿性耐火（huǒ）材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂（měi）鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化（huà）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（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合（hé）物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵（miàn）上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

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種不鏽（xiù）鋼冶（yě）煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣性。試驗結果得（dé）出，CaO含（hán）量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成（chéng）白雲石磚基質部分致（zhì）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。堿度（dù）較（jiào）低的VOD爐渣（zhā）對（duì）三（sān）種磚的侵蝕和滲透（tòu）比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒（shāo）成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度（dù）渣侵蝕（shí）性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度（dù）渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵（dǐ）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，使材料表（biǎo）層（céng）致密化而有效抑製熔（róng）渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和（hé）滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透（tòu）作用。

廣西鎂磚之鎂鈣碳磚的性能（néng）及（jí）抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚（zhuān）主（zhǔ）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，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有（yǒu）更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時（shí）取決於（yú）CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝（bāo）落性能越好，淨化鋼水的效果（guǒ）也越好；C含量越高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉（zhuǎn）爐的初期渣、中期渣（zhā）和終期渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚（zhuān）的侵蝕（shí）進（jìn）行實驗。實驗結果表明：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，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為（wéi）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（zhuān）的蝕損率反而分別比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因為其在高（gāo）溫中及被渣中∑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（měi）白雲石碳磚高溫抗氧化性（xìng）和熱震穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的（de）脫O、脫S、脫（tuō）P等，適合冶煉（liàn）鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料（liào）對潔淨鋼（gāng）的影響

潔淨（jìng）鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非（fēi）常少，非金屬夾（jiá）雜物（wù）不僅數量少（shǎo），而且（qiě）尺（chǐ）寸很小和形態得到控製，合金元素成（chéng）分精準並且分布均勻，使（shǐ）鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉（liàn）的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸（chù），一般耐火材料對（duì）鋼水或（huò）多或少總有些汙（wū）染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼（gāng）水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙（wū）染環境。