徐（xú）平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸（chù）的耐火材（cái）料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材（cái）料（liào）或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐（nài）火材料的理論研究（jiū）和實際試驗，得（dé）出鎂鈣質材料不但不汙染鋼（gāng）水，反而能淨化鋼水，並且也不汙（wū）染環境，在（zài）AOD、VOD、精煉（liàn）鋼（gāng）包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料的特征

白（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是（shì）天（tiān）然礦物原料，煆燒後的理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質（zhì）耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石（shí）質耐（nài）火材料是指全部用煆燒或（huò）電熔的（de）白雲石做原料的定型或不（bú）定形（xíng）耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用（yòng）鎂石與白（bái）雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的變（biàn）化影響鎂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（néng）力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔（róng）渣的能力（lì）越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越（yuè）好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越（yuè）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，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼等（děng）對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量要求嚴（yán）格，需要爐外精煉除去鋼中（zhōng）雜質及夾雜物以及脫（tuō）氣、調整化學（xué）成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離（lí）CaO，易與鋼（gāng）水中的S、P等（děng）雜（zá）質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去（qù）雜質、淨化鋼水的功能。由（yóu）於CaO的（de）氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了（le）淨化鋼水（shuǐ）、延（yán）長爐襯壽命、降低耐火材料（liào）消耗，研究人員（yuán）對白雲（yún）石質耐火材料（liào）進（jìn）行了許多試驗研究，取得了（le）很好的結果。

MgO在真（zhēn）空條件下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的（de）揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮（huī）發性大大降低（dī）。因此，MgO質材料中加入一（yī）定量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材（cái）料（liào），在高溫真空條件下使（shǐ）用（yòng）比純MgO質耐火（huǒ）材料更（gèng）合（hé）適。

鋼水中的脫S反應中，要使（shǐ）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（hán）量盡可能要低。要使O含量（liàng）低（dī），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（cún）在（zài），在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精（jīng）煉設備應該（gāi）選用鎂鈣質耐火材料。溫（wēn）度升高不利於脫P，但鋼包（bāo）中（zhōng）采用CaO含量高即堿度高的熔渣有（yǒu）利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣（gài）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滲入會與MgO-CaO耐火（huǒ）材（cái）料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成（chéng）保護層，從而抑製熔（róng）渣的滲透。

關於H含（hán）量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔（róng）渣或精煉設（shè）備內襯耐火材料的水（shuǐ）分（fèn）及有機添（tiān）加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼（gāng）水（shuǐ）中氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火材（cái）料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量（liàng）的影響：王龍光等人（rén）認為MgO—CaO耐火材料中（zhōng）的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧（yǎng）平衡分壓（yā），在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有（yǒu）效（xiào）材料。

耐（nài）火（huǒ）材料對（duì）鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐（nài）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S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得（dé）有效的脫S效果，使用白（bái）雲石質鋼（gāng）包內襯是很必要的（de），這（zhè）樣一方麵可以盡可能降（jiàng）低鋼包內襯的（de）再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材（cái）料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含（hán）量的影響：匡（kuāng）加才研（yán）究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中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。

耐火材料對鋼水碳含量（liàng）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（jǐn）發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量（liàng）的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼（gāng）水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼（gāng）包和中（zhōng）間包係統中使用保護套管保護主流（liú）時，有機粘結（jié）劑導致吸H。對鋼（gāng）包、中間包烘（hōng）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：傳統耐火材（cái）料N含（hán）量很低，近年來氮（dàn）化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之（zhī）間，保護套管非常（cháng）重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處（chù）增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物（wù）的（de）影（yǐng）響：田琳等人研究了鎂鈣、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（fǎn）應30min的情況下，隻有鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料能去除鋼水中的夾雜物（wù），其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾（jiá）雜物數（shù）量（liàng）增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的（de）CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的（de）複合化合物，熔點約為（wéi）1400℃左右（yòu），可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成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（huǒ）材料表麵，形成保護層，或者（zhě）從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的（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（shí）性能（néng）：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。試驗結果得出（chū），CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵（qīn）蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較（jiào）不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（lú）渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣（zhā）嚴重得多。相對而（ér）言（yán），燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高（gāo）堿度熔渣（zhā）的侵蝕和滲透能力（lì），這是因為渣與鎂（měi）鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度（dù）熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

成（chéng）都鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的（de）性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣（gài）磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特（tè）性外，鎂鈣（gài）碳磚比鎂碳磚具有更好的真（zhēn）空穩定性、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（kàng）剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉（liàn）鋼轉爐的初期（qī）渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣（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磚的侵蝕較輕（qīng），是因（yīn）為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。

孫（sūn）惠章等人（rén）研究結果表明鎂白雲石（shí）碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強（qiáng）；而且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼水的（de）脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材（cái）料對（duì）潔淨鋼的影響

潔淨（jìng）鋼係指（zhǐ）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，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成（chéng）分精準並且分布均（jun1）勻，使鋼材具有高性能、高品質（zhì）。在鋼水從冶煉到精煉（liàn）的整個過程中（zhōng），耐火材料始終（zhōng）與鋼水接觸，一般耐火材料（liào）對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而（ér）且不（bú）汙染環境。