徐平（píng）坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝的角度研究（jiū）提高鋼的純淨度（dù），沒有考（kǎo）慮與鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材料對鋼水的淨（jìng）化作用，總是（shì）認為耐火材（cái）料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣（gài）質）耐火材料的理（lǐ）論研究和實際試驗，得出鎂鈣質（zhì）材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙（wū）染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料（liào）的特征

白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然礦物原料，煆燒（shāo）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（huǒ）材料（liào）主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質（zhì）耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質（zhì）耐火材料（liào）是（shì）指全部用煆（duàn）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含量的變化影響鎂鈣質製（zhì）品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和抗水化能力越（yuè）強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的（de）能力越強，高溫蠕變越（yuè）大，抗（kàng）剝（bāo）落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗（kàng）水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該（gāi）根據爐外（wài）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材料（liào）中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影（yǐng）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（yún）化等。鎂鈣質耐火材料（liào）中的遊（yóu）離CaO，易與（yǔ）鋼水中的（de）S、P等雜質反應，使其（qí）轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢（shì）很低，鎂鈣質耐火材料也適合（hé）用於冶煉（liàn）低（dī）氧鋼，是（shì）爐外精（jīng）煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命（mìng）、降低耐火（huǒ）材料消耗，研究（jiū）人員對白雲石（shí）質耐火材料（liào）進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在（zài）真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮（huī）發性是有影響（xiǎng）的，含有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數）就可（kě）使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質（zhì）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（yòng）比純MgO質（zhì）耐火材料更合適。

鋼水中的脫（tuō）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含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫（wēn）下以氣態存在，在鋼水中的（de）溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也（yě）很（hěn）小（xiǎo），因此（cǐ），精煉設備應該選（xuǎn）用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利（lì）於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣質耐火（huǒ）材料同（tóng）樣也有（yǒu）利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性（xìng）高、抗渣滲透性好（hǎo），特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或（huò）C3S,形成（chéng）保護層，從而抑製熔渣（zhā）的滲透。

關（guān）於H含量的（de）問題，采用真空精煉，其（qí）H主（zhǔ）要來自熔渣或（huò）精煉設（shè）備（bèi）內襯耐火材料的（de）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（de）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（gāng）水性能的影（yǐng）響（xiǎng）

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平（píng）衡分壓（yā），在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧（yǎng）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（yǔ）鋼水中（zhōng）S的反（fǎn）應，檢驗鎂鈣質耐火（huǒ）材料的（de）脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫（tuō）S率達70.12%；超過45min，脫S率（lǜ）降低，出現“回（huí）S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這（zhè）樣（yàng）一方麵可以盡可能降低鋼（gāng）包（bāo）內襯的再氧化（huà）能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡（kuāng）加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含（hán）量的（de）影響（xiǎng）。實驗結（jié）果（guǒ）表明：當澆（jiāo）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（jiàng）低到0.01%，進一（yī）步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度（dù）降（jiàng）低。

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

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐（nài）火材料中的水分（fèn）以及其中（zhōng）的（de）有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間（jiān）包係統中使用保護套管保（bǎo）護主流時，有機（jī）粘結劑導致吸H。對鋼包、中（zhōng）間包（bāo）烘烤，能有效（xiào）地降低（dī）鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含（hán）量的影響：傳統耐（nài）火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應（yīng）用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成（chéng）增N。更大的增N量在（zài）鋼包與（yǔ）中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此（cǐ）處（chù）增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳（lín）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）的影響（xiǎng），實驗表明（míng）：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料能去除鋼水中的夾雜物，其（qí）餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火（huǒ）材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成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反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點（diǎn）化合物被（bèi）吸附（fù）鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵，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（hù）渣層（céng）中；在鎂鈣質耐火材料（liào）中的活性CaO含量越高，吸附鋼水（shuǐ）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（dé）出（chū），CaO含（hán）量高的白雲（yún）石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能力比較強。燒成白雲石磚（zhuān）基質部分致密程度高，較（jiào）不（bú）燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的（de）VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴重得多。相對（duì）而言，燒成的鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣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（liàng）低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料（liào）具有良好的抵抗（kàng）高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作（zuò）用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製（zhì）熔渣的滲透。低堿度熔渣具（jù）有較強的侵蝕和（hé）滲透能力，主要是熔渣對（duì）基質的強溶蝕並（bìng）滲透作用。

保定鎂磚之（zhī）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磚較燒成鎂鈣（gài）磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂（měi）鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真（zhēn）空穩（wěn）定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能（néng）同時取決（jué）於CaO及C的含量。CaO含量越高（gāo），抗剝落（luò）性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和（hé）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爐的（de）初期（qī）渣、中（zhōng）期渣和終期渣（zhā）分別（bié）對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚的侵蝕進行實（shí）驗。實驗結果表（biǎo）明：初期（qī）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（luò），蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是（shì）因為在磚的界麵上（shàng）產生了C2S保護層；可（kě）是（shì）中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而（ér）分別比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為其在（zài）高溫中及（jí）被渣（zhā）中∑FeO溶解（jiě），所（suǒ）以（yǐ）比MgO—C磚侵（qīn）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穩定性（xìng）好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

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（shù）量少，而且（qiě）尺寸很小和形態（tài）得到控製，合金元素成分精準（zhǔn）並且分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品質。在鋼水（shuǐ）從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接（jiē）觸（chù），一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質（zhì）即鎂鈣質耐火（huǒ）材料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。