徐平坤

以前（qián），從煉鋼工藝（yì）的角度研究提高鋼的純（chún）淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨（jìng）化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生（shēng）汙染。可是（shì）通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實（shí）際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且（qiě）也不汙染環境，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（gài）質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物（wù）原料，煆燒後的理論組（zǔ）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（kuò）白雲石質耐火材料、鎂（měi）白雲石質耐火（huǒ）材（cái）料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲（yún）石質耐火材料是指全部用煆燒（shāo）或電（diàn）熔的白雲石（shí）做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是（shì）用鎂石與白雲石合成的耐火（huǒ）材料。MgO、CaO含量（liàng）的變（biàn）化影響鎂鈣質製品的高溫使用性（xìng）能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高（gāo）SiO2熔渣的能力（lì）越強，高溫蠕變（biàn）越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據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（gài）質耐火材料中的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（gāng）中的雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含量要求嚴格，需要爐外精煉除去（qù）鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂（měi）鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質（zhì）反應，使（shǐ）其轉（zhuǎn）移到爐渣中，具有除去雜質、淨化（huà）鋼水（shuǐ）的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材（cái）料也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。近年來，為了淨化（huà）鋼水（shuǐ）、延長（zhǎng）爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進（jìn）行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的（de）揮發性是有影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩（mó）爾分數）就可使（shǐ）MgO相對揮（huī）發性大大降低。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（zhēn）空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水（shuǐ）中的脫（tuō）S反（fǎn）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（shuǐ）中溶解的O含量盡可能要低（dī）。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可（kě）能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，而（ér）CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料（liào）。溫度升高不利於脫P，但鋼（gāng）包中采用CaO含量高即堿度高的（de）熔渣有利脫P，因此（cǐ），用CaO含量高的鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐（nài）火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保（bǎo）護（hù）層，從而（ér）抑製熔渣（zhā）的滲（shèn）透。

關於H含量的問（wèn）題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯（chèn）耐火材料的水（shuǐ）分及有（yǒu）機添加物。熱力學（xué）分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的（de）水分（fèn），就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影（yǐng）響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學（xué）穩定性（xìng）高（gāo），具有（yǒu）很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防（fáng）止鋼水增氧的有效（xiào）材料。

耐火（huǒ）材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反（fǎn）應，檢驗鎂鈣質耐火材料的（de）脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫（tuō）S效果更好，脫S率達70.12%；超過（guò）45min，脫S率降低，出現“回S”現象（xiàng）。為了使鋼包獲得（dé）有效的脫S效果，使用白雲石質（zhì）鋼包（bāo）內襯是（shì）很必要的，這樣一（yī）方麵可以盡可能降低（dī）鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵（miàn）可以避免強還原條件下鋼（gāng）包渣導致耐火材料的過度（dù）消耗。

耐火材（cái）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（de）影響。實（shí）驗（yàn）結果表明：當澆注（zhù）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（dī）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（liào）對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕（qīng）微（wēi）增C。

耐（nài）火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料（liào）中的水分以及（jí）其中（zhōng）的有機粘（zhān）結劑會（huì）對（duì）鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中（zhōng）間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火（huǒ）材料（liào）N含量很低（dī），近年來氮化（huà）物在（zài）耐火（huǒ）材料中應用受到關（guān）注（zhù），如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增（zēng）N量在鋼包與中（zhōng）間包之間，保護套管非常重要，連（lián）鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明（míng）：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均（jun1）使鋼水夾雜物數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反（fǎn）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（yǒu）效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與（yǔ）SiO2反應生成（chéng）C2S(矽（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔（róng）點化合物被（bèi）吸附鎂鈣質耐火材（cái）料表（biǎo）麵，形（xíng）成保護層，或（huò）者從（cóng）鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至（zhì）保護渣（zhā）層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越（yuè）高，吸附鋼水中夾（jiá）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（fǎ）研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試（shì）驗（yàn）結果得出（chū），CaO含量高的白雲石磚（zhuān）抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能（néng）力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性（xìng）。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴重（chóng）得多。相對而言，燒成的鎂（měi）鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成（chéng）鎂鈣磚抵抗低堿度（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作（zuò）用析出（chū）C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的（de）滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力（lì），主要是熔渣對基質（zhì）的強溶蝕並滲透作用。

巴彥（yàn）淖爾鎂磚之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（zhuān）較燒成（chéng）鎂鈣磚種類複雜（zá）。除（chú）具備鎂（měi）鈣（gài）磚的特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩（wěn）定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝落性能越（yuè）好，淨化鋼水的效果也越好；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：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的（de）初（chū）期（qī）渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進行（háng）實驗。實（shí）驗結果（guǒ）表明：初（chū）期渣MgO—C磚蝕（shí）損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為（wéi）MgO—C磚產生結構剝落，蝕損（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的（de）界麵（miàn）上產生了C2S保護層；可是中期渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分（fèn）別比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（yǐ）比MgO—C磚侵（qīn）蝕（shí）嚴重。

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

白雲（yún）石質耐火（huǒ）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量少，而且尺寸很小和（hé）形（xíng）態得到控製，合金元素成分（fèn）精準並且（qiě）分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終（zhōng）與鋼水（shuǐ）接觸，一般耐火材料對鋼水（shuǐ）或（huò）多或少總有些汙染，唯有（yǒu）白雲石（shí）質（zhì）即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且（qiě）不汙染環境。