徐平坤

以前（qián），從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼（gāng）水直接接觸的耐火材料對鋼（gāng）水（shuǐ）的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少（shǎo）地會對（duì）鋼水產生汙染。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（yàn），得出鎂鈣質（zhì）材料（liào）不（bú）但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等（děng）爐外精煉裝置中（zhōng）應用日（rì）益增加。

白雲石（shí）與鎂鈣質耐（nài）火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料（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材料、鎂（měi）白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其（qí）中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不（bú）定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料（liào）是用鎂石與白雲石合（hé）成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含（hán）量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用（yòng）性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越（yuè）強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和（hé）脫硫、脫（tuō）磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設（shè）備（bèi）的不同部位使用（yòng）條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質（zhì）耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼（gāng）中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜（zá）物的含（hán）量要（yào）求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以（yǐ）及脫氣、調整（zhěng）化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等雜質反應，使（shǐ）其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼（gāng）水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用（yòng）於冶（yě）煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化（huà）鋼水、延長爐襯（chèn）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許多試驗研究，取得了（le）很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而（ér）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質材料中加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材料（liào），在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更（gèng）合適。

鋼水中的脫S反應中，要（yào）使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解（jiě）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（dī）的耐火（huǒ）材料，Mg與（yǔ）Ca在高溫下（xià）以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也（yě）很小，因此，精（jīng）煉設備應該選用（yòng）鎂鈣質（zhì）耐火材料。溫度升（shēng）高不利於脫P，但鋼包中采（cǎi）用CaO含（hán）量高即堿度高（gāo）的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量（liàng）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（zhā）滲（shèn）透性好，特（tè）別（bié）是（shì）熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐（nài）火材料中的CaO反應生成（chéng）高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其（qí）H主要來自熔渣或精煉設（shè）備內襯耐火材料的水分及有機添加物（wù）。熱力學分析認（rèn）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（hán）量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的（de）影（yǐng）響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍（lóng）光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學（xué）穩定性高，具（jù）有很低的（de）氧平衡分壓，在鋼水中的溶（róng）解度很小，被認為是防止鋼水增（zēng）氧的有效材料。

耐火材料（liào）對鋼中S的影響（xiǎng）：田（tián）琳等人試驗（yàn）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（guǒ）表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效（xiào）果更好，脫S率達70.12%；超（chāo）過（guò）45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包（bāo）獲得有效的（de）脫S效果，使用白雲石（shí）質鋼包內襯是很必要的（de），這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯（chèn）的再氧化能力，另一（yī）方（fāng）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（gāng）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（shí）驗結果表明（míng）：當（dāng）澆注料中（zhōng）w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由（yóu）原始的0.1%降低到0.01%，進（jìn）一步提高CaO含量，鋼中（zhōng）P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的（de）影響（xiǎng）：實驗表明，使用（yòng）含C耐火材（cái）料，鋼水顯（xiǎn）著增（zēng）C，當同一製品第（dì）二次使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增（zēng）C。

耐火材料（liào）對鋼中H(氫)含（hán）量的影響：耐火材料中的水分以及（jí）其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響（xiǎng）。連鑄過程（chéng）中，鋼包和中間包係統（tǒng）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（zhōng）間（jiān）包烘烤，能有效（xiào）地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中（zhōng）N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含（hán）量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼水造成增N。更大（dà）的（de）增N量在鋼包（bāo）與中間包之間，保護套（tào）管非常重要，連鑄的增N點就（jiù）是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料對鋼（gāng）水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化（huà）的影（yǐng）響，實驗表明：在反應30min的情（qíng）況下，隻有鎂鈣（gài）質耐火材料能去（qù）除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火（huǒ）材料均使鋼水夾雜物數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物可（kě）與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應（yīng）生成Ca12Al4O3的複合（hé）化（huà）合物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應（yīng）生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保（bǎo）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（měi）鈣質耐火材料中的活性CaO含量（liàng）越高，吸附鋼水中夾雜（zá）物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等人采用靜態坩堝（guō）法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度（dù）的AOD渣（zhā）侵蝕和（hé）滲透能（néng）力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程（chéng）度高，較不燒白雲石磚（zhuān）具有（yǒu）更好的抗高堿度渣（zhā）侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種（zhǒng）磚的侵蝕和滲（shèn）透比高堿度渣嚴重得多。相對而言（yán），燒成的鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明顯好於不燒（shāo）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。鎂鈣質材料具（jù）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（liào）作用析（xī）出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質（zhì）的強溶蝕並滲透作（zuò）用。

崇左鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕（shí）的（de）研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚種（zhǒng）類複雜。除具備鎂（měi）鈣磚（zhuān）的特性（xìng）外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真（zhēn）空穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣（gài）碳（tàn）磚的性能同時取（qǔ）決於CaO及（jí）C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水（shuǐ）的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強（qiáng）。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢（xián）等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚（zhuān）的侵蝕進行實驗。實驗結果（guǒ）表明（míng）：初（chū）期渣MgO—C磚蝕損（sǔn）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磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上（shàng）產生了C2S保護層；可是中期渣（zhā）和終期渣（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因（yīn）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（wēn）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（tuō）O、脫S、脫P等，適合冶（yě）煉鋼的電爐爐襯。

白雲石（shí）質耐火材料對潔淨（jìng）鋼的（de）影響

潔（jié）淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金（jīn）屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金（jīn）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（shuǐ）從冶煉（liàn）到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材（cái）料對鋼水或（huò）多（duō）或少總有些（xiē）汙染（rǎn），唯有白雲（yún）石（shí）質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜（zá）物，而且不汙染環境。