徐平坤

以前（qián），從煉鋼工藝的角度研究（jiū）提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化（huà）作用，總是認為耐火材料或多（duō）或少地會對鋼水產生汙（wū）染。可是（shì）通過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火材（cái）料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣（gài）質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不（bú）汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等爐外（wài）精煉裝（zhuāng）置（zhì）中應用日益（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（gài）質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材（cái）料、鎂鈣質耐（nài）火材料。

其中（zhōng），白雲石質耐（nài）火材料是指全部用煆（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（měi）石（shí）與白（bái）雲石合（hé）成的耐火（huǒ）材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能（néng）和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越（yuè）差。因此，應該根據爐外精（jīng）煉等熱工設備的不同部位使（shǐ）用條件，合理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水（shuǐ）作用的影響

潔淨鋼、特（tè）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（qiú）嚴格，需要爐外精煉除（chú）去鋼中（zhōng）雜質及夾雜物（wù）以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質（zhì）耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應（yīng），使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於（yú）CaO的氧勢（shì）很低，鎂鈣質（zhì）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（wéi）了淨（jìng）化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好（hǎo）的結果。

MgO在真空條件下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對（duì）揮發性大大降（jiàng）低。因此，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質耐火材料（liào）更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低（dī），熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量（liàng）低，就要選擇氧勢（shì）盡可能低的耐火（huǒ）材料，Mg與Ca在（zài）高（gāo）溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料。溫度升高不利於脫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（liàng）高的鎂（měi）鈣質耐火材料同樣也有利（lì）脫P。

鎂鈣質耐（nài）火材料的熱震穩定性高、抗渣（zhā）滲透（tòu）性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保（bǎo）護層，從而（ér）抑（yì）製熔渣的滲透。

關於H含量（liàng）的問題，采（cǎi）用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設（shè）備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在（zài）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（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（de）影響：王龍（lóng）光等（děng）人認為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中（zhōng）的CaO熱力（lì）學穩定性（xìng）高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的（de）溶解度很（hěn）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（de）影（yǐng）響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣（gài）質耐火材料的脫（tuō）S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫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。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使（shǐ）用白（bái）雲石質鋼包內襯是很必要（yào）的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包（bāo）內（nèi）襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼（gāng）中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料（liào）對鋼中P含量的影響。實驗結果表明（míng）：當（dāng）澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時，鋼（gāng）中P含量大幅度降低（dī），由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中（zhōng）P含量僅（jǐn）有小幅度降低。

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

耐火材料（liào）對鋼中H(氫（qīng）)含量（liàng）的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑（jì）會對鋼水中（zhōng）的（de）H含量產生顯著影（yǐng）響。連鑄（zhù）過（guò）程中（zhōng），鋼包（bāo）和中間包係統中使用保護套管保護主流（liú）時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降（jiàng）低鋼水的吸H量（liàng）。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的（de）影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在（zài）耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成（chéng）增N。更大（dà）的增N量在鋼包與中間包之間（jiān），保護套管非常重要（yào），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（duì）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（liào）對管線鋼鋼水潔淨化的影（yǐng）響（xiǎng），實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能（néng）去除鋼水中的（de）夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與鎂鈣耐火材（cái）料中的（de）CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合（hé）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（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵（miàn）上剝落下來（lái）上浮至保護渣層中；在鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料中的活性CaO含量越高，吸附（fù）鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣磚的（de）抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密（mì）程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）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（jù）有良好的抵抗高堿度熔（róng）渣（zhā）的侵蝕和滲（shèn）透能力（lì），這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製（zhì）熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵（qīn）蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作（zuò）用。

虹口鎂（měi）磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研（yán）究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的（de）性能同時取決於CaO及C的含（hán）量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性能越好，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（néng）越強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研究：崔（cuī）淑賢等人采用（yòng）煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣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（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因（yīn）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，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期（qī）渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高（gāo）0.4%和1.2%，因（yīn）為其在高溫（wēn）中及被（bèi）渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵（qīn）蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂（měi）白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震（zhèn）穩定性好，抗酸性熔渣能力（lì）強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫（tuō）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（jié）淨（jìng）鋼係指（zhǐ）鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少，非（fēi）金屬（shǔ）夾雜物不（bú）僅數量少，而且尺寸很小（xiǎo）和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼（gāng）材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般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（gài）質耐火材料（liào）能淨化鋼水，除（chú）去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。