徐平坤

以（yǐ）前，從煉（liàn）鋼工藝的角度研究提高鋼的（de）純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐（nài）火材料對鋼水的淨化作（zuò）用，總是認為（wéi）耐火（huǒ）材料或（huò）多或少地（dì）會對鋼水產生（shēng）汙染。可是通過對（duì）白雲石質（鎂鈣質）耐火材料（liào）的理（lǐ）論研究（jiū）和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並（bìng）且也不汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐（lú）外精煉裝置中應用日（rì）益（yì）增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物（wù）原料，煆（duàn）燒後的（de）理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火（huǒ）材料主要包括白雲石（shí）質耐火材料、鎂白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐（nài）火材料是指全部用（yòng）煆燒（shāo）或電熔的白雲石做原（yuán）料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石（shí）和鎂鈣質耐火（huǒ）材料是用鎂石（shí）與白雲石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂（měi）鈣（gài）質（zhì）製品的高溫使用（yòng）性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗水（shuǐ）化能力（lì）越強；CaO含（hán）量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強（qiáng），高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷（lín）的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越（yuè）差。因此，應該根據（jù）爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件（jiàn），合理選擇鎂鈣質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石（shí）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質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中（zhōng）的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化（huà）鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於（yú）冶煉低氧鋼，是爐（lú）外精煉（liàn）冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的（de）耐火材料。近（jìn）年來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降（jiàng）低耐火材料消（xiāo）耗，研究人（rén）員對白雲石質耐火材料進行了（le）許多試（shì）驗研（yán）究，取得了很（hěn）好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數）就可使MgO相對揮（huī）發性（xìng）大大降低。因此（cǐ），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（huǒ）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（liàng）高的（de）高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含（hán）量盡可能要低。要使O含量低，就要選（xuǎn）擇氧勢（shì）盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在（zài）高溫下以氣（qì）態存在，在鋼水中的溶解度（dù）很（hěn）小（xiǎo），而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該（gāi）選（xuǎn）用鎂鈣（gài）質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用（yòng）CaO含量高即堿度高的（de）熔渣有利脫P，因此，用CaO含（hán）量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震（zhèn）穩定性高、抗渣滲透性（xìng）好（hǎo），特（tè）別是（shì）熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火（huǒ）材料中的CaO反應生成高熔點化（huà）合物C2S或C3S,形成保護層，從而（ér）抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問（wèn）題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精（jīng）煉設備內襯（chèn）耐火材料的水分及有機添加物（wù）。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充（chōng）分排除其（qí）中的水分，就不存在鋼水中氫（qīng）（H）含量（liàng）增高問題。

鎂鈣質耐火材料（liào）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（rè）力學穩定（dìng）性高，具有很低的氧平衡分壓（yā），在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增（zēng）氧的有效材料。

耐火材（cái）料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫（tuō）S效果更好，脫（tuō）S率（lǜ）達70.12%；超過45min，脫S率降低，出（chū）現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效（xiào）的脫S效果（guǒ），使用（yòng）白雲石質鋼包內襯是（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，另一方麵可以避免強還原條件（jiàn）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（liàng）的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼（gāng）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（gāng）中P含量（liàng）大幅度降低，由（yóu）原始的0.1%降（jiàng）低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅（jǐn）有小幅度降低。

耐（nài）火材料對（duì）鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用（yòng）含C耐火材料，鋼水（shuǐ）顯著（zhe）增（zēng）C，當同一製品第二次使用時，鋼水（shuǐ）僅發（fā）生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的（de）H含量產生（shēng）顯著影響。連鑄（zhù）過程（chéng）中，鋼包和中間包係統中使用保護套（tào）管保護（hù）主流時，有機（jī）粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼（gāng）水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮（dàn）)含量（liàng）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（yòng）受到關注，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（jiān）包之間，保（bǎo）護套管非常重要，連鑄的增N點就（jiù）是長水口保護，此處增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐（nài）火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線（xiàn）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）料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的（de）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（huǒ）材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣)高熔點化合（hé）物被吸附鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵，形成保護層，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（nài）火材（cái）料中的（de）活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂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種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含（hán）量高的白雲石磚（zhuān）抗高堿度的AOD渣侵（qīn）蝕和滲（shèn）透能力比（bǐ）較強。燒成白雲石磚基質部（bù）分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高（gāo）堿度渣侵蝕性。堿度較（jiào）低的VOD爐渣對三（sān）種磚的（de）侵蝕和滲透比高堿度（dù）渣嚴重得多。相對（duì）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（zhuān），CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵（qīn）蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有（yǒu）良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因（yīn）為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效（xiào）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（zhǔ）要是（shì）熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透作用。

南寧鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種（zhǒng）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（hǎo）的真空穩定（dìng）性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的（de）性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越（yuè）好，淨化鋼水的效果也（yě）越好（hǎo）；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（yòng）煉鋼轉爐的初（chū）期渣、中期（qī）渣和終期渣（zhā）分（fèn）別（bié）對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）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磚的蝕損率反而（ér）分別（bié）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磚侵蝕嚴重（chóng）。

孫惠章等人（rén）研究結果表明鎂白（bái）雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性（xìng）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（gāng）的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨（jìng）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，而且尺寸很（hěn）小和（hé）形態（tài）得到控製，合金元素成（chéng）分精準並且分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性（xìng）能、高（gāo）品質。在鋼水從冶（yě）煉到精煉的整個過程中，耐火材料始（shǐ）終與鋼水接觸（chù），一般耐火（huǒ）材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲（yún）石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除（chú）去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。