徐平（píng）坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直（zhí）接接觸的耐（nài）火材料對鋼水的（de）淨化作用，總是認為耐火材料或多或少（shǎo）地會對鋼水產生汙染（rǎn）。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論（lùn）研（yán）究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化（huà）鋼水，並且也不（bú）汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外（wài）精煉裝置中應用（yòng）日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火（huǒ）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材（cái）料、鎂白雲石質耐（nài）火（huǒ）材料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材（cái）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耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石（shí）與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂（měi）鈣質製品的高溫使用性能，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SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變（biàn）越大，抗剝落（luò）性能和脫硫、脫磷（lín）的效果越好（hǎo），但（dàn）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（de）不同部位使用條件，合（hé）理選擇鎂鈣質耐（nài）火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作（zuò）用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要（yào）求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及（jí）脫氣、調整化學成分和均勻（yún）化等。鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的遊離CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等雜質反應，使（shǐ）其（qí）轉移到爐渣中，具（jù）有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很（hěn）低，鎂鈣質耐火材料也適合（hé）用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備（bèi）的耐火（huǒ）材料。近（jìn）年來（lái），為了淨化鋼水、延（yán）長（zhǎng）爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗，研（yán）究人員對白（bái）雲石質耐火材料進行了許多試驗（yàn）研究（jiū），取得了（le）很好的結果。

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（mó）爾（ěr）分（fèn）數（shù））就可使MgO相對揮發性大大降低。因此（cǐ），MgO質材料中加入一定（dìng）量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫（wēn）真空（kōng）條（tiáo）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，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高（gāo）的高（gāo）堿度渣，並且鋼水中溶解的（de）O含量（liàng）盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火（huǒ）材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶（róng）解度（dù）很小，而CaO的（de）氧勢也很小（xiǎo），因（yīn）此，精（jīng）煉設備應該選用鎂（měi）鈣質耐火材料。溫（wēn）度升高（gāo）不利於脫（tuō）P，但鋼包中（zhōng）采用CaO含量高（gāo）即堿度高的熔渣（zhā）有利（lì）脫（tuō）P，因此（cǐ），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（nài）火材料的熱（rè）震（zhèn）穩定（dìng）性高、抗渣滲透（tòu）性（xìng）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（chéng）高（gāo）熔點化合物（wù）C2S或C3S,形成保護層，從（cóng）而抑製（zhì）熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或（huò）精煉設備內襯耐火材料的水（shuǐ）分及有機添加（jiā）物。熱力學分（fèn）析認為：要在1200℃下（xià）長期烘烤，充（chōng）分排除其中的水（shuǐ）分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣（gài）質耐火材料對鋼（gāng）水性能的影響

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CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，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（yǔ）鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗鎂鈣質耐火（huǒ）材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應（yīng）45min時，脫S效果更好，脫S率（lǜ）達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為（wéi）了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白（bái）雲石質（zhì）鋼包內襯是很必要（yào）的，這樣一方（fāng）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（tiáo）件下鋼包渣導（dǎo）致耐火材料的過度消（xiāo）耗。

耐火材料對鋼中P含（hán）量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響（xiǎng）。實驗結果表明：當澆注料中（zhōng）w（CaO）為25%時，鋼（gāng）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（liào）對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼（gāng）水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫（qīng）)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機（jī）粘結劑會對鋼水中（zhōng）的H含量產生顯（xiǎn）著（zhe）影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑（jì）導致吸H。對鋼包、中間包烘（hōng）烤，能有效地（dì）降（jiàng）低鋼（gāng）水的（de）吸H量。

耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）中N(氮)含量的影響：傳統耐火（huǒ）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（gāng）水造（zào）成（chéng）增N。更大的增N量在鋼包與（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（yán）究了（le）鎂（měi）鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應（yīng）30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中（zhōng）的夾雜物，其餘（yú）的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂鈣（gài）耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約（yuē）為1400℃左右（yòu），可有效（xiào）地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸（suān）二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點（diǎn）化合物被吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表麵，形成（chéng）保（bǎo）護層，或者從鎂（měi）鈣質耐火材料表麵上剝落下來上（shàng）浮至保護渣層中；在鎂（měi）鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水（shuǐ）中夾雜物（wù）的能力越強。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的抗（kàng）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含量高的白雲石磚抗高（gāo）堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成（chéng）白雲石磚基質部分（fèn）致密程度高，較不燒白雲石磚具（jù）有更好的抗高（gāo）堿度渣侵蝕性。堿（jiǎn）度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和（hé）滲透（tòu）比高（gāo）堿（jiǎn）度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣（gài）磚。鎂（měi）鈣質材料具有（yǒu）良好的（de）抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透（tòu）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（huà）而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔（róng）渣具有較強的侵蝕和滲（shèn）透能力，主要是熔渣對基質的（de）強溶蝕（shí）並滲透（tòu）作（zuò）用。

長（zhǎng）沙鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的（de）性能及抗侵（qīn）蝕（shí）的研究

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（měi）鈣磚的特性（xìng）外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。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（huà）鋼水的效果（guǒ）也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗剝落性能越強。

鎂（měi）鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人（rén）采用（yòng）煉鋼轉爐（lú）的初期渣、中期（qī）渣（zhā）和終期渣分別（bié）對鎂鈣（gài）碳磚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，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了（le）C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及（jí）被渣中∑FeO溶（róng）解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章（zhāng）等人研究結果（guǒ）表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化（huà）性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力（lì）強；而且磚中的CaO有（yǒu）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（gāng）的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量（liàng）非常（cháng）少，非金屬夾雜物不僅（jǐn）數量少，而且尺寸很小和形態得到控（kòng）製，合金元素成（chéng）分精（jīng）準並且分（fèn）布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水（shuǐ）從冶煉到精煉的整個過程中（zhōng），耐火材料始終與鋼水接觸，一般（bān）耐火材料對鋼水或多或少總有（yǒu）些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材（cái）料能（néng）淨化鋼水，除去鋼（gāng）中的（de）非金屬（shǔ）夾雜物，而且不汙染環境。