徐平坤

以前，從煉鋼（gāng）工藝（yì）的角度研究提（tí）高鋼的純淨（jìng）度，沒有考慮與鋼水直接接觸（chù）的耐火（huǒ）材料對鋼水的淨化作（zuò）用，總是認為（wéi）耐火（huǒ）材（cái）料或多或少（shǎo）地會（huì）對鋼水產生汙染。可是（shì）通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料（liào）的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但（dàn）不汙染鋼水，反（fǎn）而能淨化鋼水（shuǐ），並且也不汙染環（huán）境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石（shí）與（yǔ）鎂鈣質（zhì）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）火材料主要包括白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂白雲（yún）石質耐火（huǒ）材料、鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電（diàn）熔的白雲石做原料的定型或不定形（xíng）耐火材料；鎂白（bái）雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石與白雲石合成（chéng）的耐火材料（liào）。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的（de）高溫（wēn）使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力（lì）越強；CaO含量越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好（hǎo），但抗（kàng）水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越差。因此（cǐ），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（huǒ）材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）火材料（liào）對淨化鋼（gāng）水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中（zhōng）的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜（zá）物的含量要（yào）求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及（jí）夾雜物以（yǐ）及脫氣、調整化（huà）學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜（zá）質反應，使其轉（zhuǎn）移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼（gāng）水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐火材料也（yě）適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年（nián）來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低耐火材（cái）料消耗，研（yán）究人員對白雲石質耐火（huǒ）材料進行了（le）許多試驗研究（jiū），取得了很好的結果（guǒ）。

MgO在真空條（tiáo）件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是（shì）有影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對（duì）揮發性大大降低。因此，MgO質材（cái）料（liào）中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質（zhì）耐火材料，在高（gāo）溫真空條件下使用比純MgO質（zhì）耐火材（cái）料更合適。

鋼水中的脫S反應中（zhōng），要使鋼水S含量低，熔（róng）渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與（yǔ）Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利（lì）於脫P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫（tuō）P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、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反應生成高熔點（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，采用真（zhēn）空精煉（liàn），其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材（cái）料的水分及有機添加物。熱力學分析認（rèn）為（wéi）：要在1200℃下（xià）長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問（wèn）題。

鎂鈣質耐火材料對（duì）鋼水性能的影響

耐（nài）火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等（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（de）氧平衡分壓，在鋼水中（zhōng）的溶解（jiě）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：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐（nài）火材料的脫S效果。結（jié）果（guǒ）表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出（chū）現“回S”現象（xiàng）。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼（gāng）包內襯是（shì）很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力（lì），另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火（huǒ）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質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果（guǒ）表明：當澆注料中w（CaO）為（wéi）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。

耐火材料對鋼水碳含量（liàng）的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼（gāng）水顯著增C，當同一製品（pǐn）第二次使用時，鋼水僅發生輕微增（zēng）C。

耐火材（cái）料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火（huǒ）材（cái）料中的水分以及其中的有機粘（zhān）結劑（jì）會對鋼（gāng）水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中（zhōng）使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導（dǎo）致吸H。對鋼包、中間（jiān）包烘烤，能（néng）有（yǒu）效地降（jiàng）低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）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到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在（zài）鋼包與中間包之間，保護套管非常重要（yào），連鑄的增N點（diǎn）就是長水口保（bǎo）護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾（jiá）雜物的影響：田琳等（děng）人（rén）研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管（guǎn）線鋼（gāng）鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾（jiá）雜物，其餘的堿性（xìng）耐火（huǒ）材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材（cái）料中的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合（hé）物，熔點約為1400℃左右，可有（yǒu）效地去除鋼（gāng）中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和（hé）C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵，形成保護層（céng），或者從鎂鈣質耐火材料表麵（miàn）上剝（bāo）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，吸附鋼水中夾雜（zá）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）鋼冶煉用鎂鈣磚（zhuān）的抗渣（zhā）性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力（lì）比較強。燒（shāo）成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒（shāo）白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和（hé）滲透比高堿度渣嚴重得多。相（xiàng）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（hán）量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有（yǒu）良好（hǎo）的抵（dǐ）抗高堿度熔渣的侵（qīn）蝕和滲透能力，這（zhè）是因為渣（zhā）與鎂鈣材料（liào）作（zuò）用析出C3S，使材料表層致密化而有（yǒu）效抑製熔渣的滲透。低（dī）堿度熔（róng）渣（zhā）具有較強的侵蝕和滲透能力，主要（yào）是熔渣對基質的強溶蝕並滲透（tòu）作用。

麗江鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的（de）研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定（dìng）性、抗熱（rè）震性。鎂鈣（gài）碳磚的性（xìng）能同時取決於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（yuè）好；C含量越高，抗（kàng）渣侵蝕和抗剝（bāo）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爐的初期渣、中（zhōng）期（qī）渣和終期渣分別對（duì）鎂鈣碳磚及鎂碳磚的（de）侵蝕進（jìn）行實（shí）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（yīn）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（yīn）為在磚（zhuān）的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期（qī）渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反（fǎn）而分別比MgO—C磚高（gāo）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。

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

白雲石質耐火材料對潔淨（jìng）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，非金屬夾雜物不僅數量少，而（ér）且尺寸很（hěn）小和形態得到控製，合金（jīn）元素成分精準並且分布均（jun1）勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水（shuǐ）從冶煉到精煉的（de）整個過程中，耐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（wū）染，唯有白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火材料能（néng）淨化鋼水，除去（qù）鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環（huán）境。