徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角（jiǎo）度研（yán）究（jiū）提高鋼的純淨度，沒有考慮（lǜ）與鋼水直接（jiē）接觸的耐火材料對鋼（gāng）水的淨（jìng）化作用，總（zǒng）是認（rèn）為耐火材料或多或少地會對鋼水產（chǎn）生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研（yán）究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不（bú）汙染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石（shí）與鎂（měi）鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原（yuán）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（nài）火材料（liào）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（huǒ）材料。

其中，白（bái）雲石質耐火（huǒ）材料是（shì）指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不（bú）定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與（yǔ）白雲石合成的耐火（huǒ）材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性（xìng）能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力（lì）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（bāo）落（luò）性能和脫硫、脫磷的（de）效（xiào）果越好，但抗水化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越（yuè）差。因此（cǐ），應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件（jiàn），合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲石質耐火材料對淨化鋼（gāng）水作用的影響（xiǎng）

潔淨鋼、特殊（shū）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（hán）量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫（tuō）氣、調（diào）整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜（zá）質反應，使其轉移到（dào）爐渣中，具有除去雜（zá）質、淨化鋼水的功（gōng）能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶（yě）煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火（huǒ）材料。近（jìn）年來，為了淨化鋼水、延長（zhǎng）爐襯壽命、降低耐火（huǒ）材料消耗，研（yán）究人員對白雲石質耐火材料進行了（le）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的揮發性是有影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性（xìng）大大降低。因此，MgO質材料中（zhōng）加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在高溫真空條件下使用比純MgO質（zhì）耐火材料更合適。

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（dù）渣，並且鋼水中溶解的（de）O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇（zé）氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在（zài）高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小（xiǎo），因此，精煉設備應該選用鎂鈣質（zhì）耐火材料。溫度升高不利於（yú）脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔（róng）渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的（de）鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗（kàng）渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火（huǒ）材料中的CaO反應（yīng）生成高熔（róng）點化合物C2S或（huò）C3S,形成保護層，從而抑製熔（róng）渣的滲透。

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

鎂鈣質耐火材料對（duì）鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量（liàng）的影響：王龍（lóng）光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材料中的CaO熱力學穩定性高（gāo），具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料（liào）對鋼中（zhōng）S的影響：田琳等人試（shì）驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更（gèng）好（hǎo），脫（tuō）S率達（dá）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（xiào）的脫S效果，使用白雲（yún）石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧（yǎng）化能（néng）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（nài）火材料對鋼中P含量的（de）影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由（yóu）原始的0.1%降（jiàng）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的影（yǐng）響：實驗（yàn）表明，使用含C耐火材料（liào），鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發（fā）生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中（zhōng）的有機粘結劑會（huì）對鋼水中的H含（hán）量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管（guǎn）保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包（bāo）、中間（jiān）包烘烤，能有效地（dì）降低鋼水的吸（xī）H量。

耐火材料對鋼中N(氮（dàn）)含量的影（yǐng）響：傳統（tǒng）耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用（yòng）受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更（gèng）大（dà）的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非（fēi）常重要，連鑄的增N點就（jiù）是長水口保護，此處增（zēng）N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對（duì）鋼水中夾雜物的影響（xiǎng）：田琳等人研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐火材（cái）料對管線鋼鋼（gāng）水潔淨化的影（yǐng）響，實驗表明：在反（fǎn）應（yīng）30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去（qù）除鋼水中的夾雜物，其（qí）餘的（de）堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合（hé）物，熔點約為1400℃左（zuǒ）右，可有效地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高（gāo）熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護（hù）層，或者從鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵上剝落下（xià）來上浮至（zhì）保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣（gài）質耐火材料的抗侵蝕性能（néng）：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究（jiū）3種不鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性。試（shì）驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚（zhuān）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程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣（zhā）侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣（zhā）嚴重得多。相對而言，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（liàng）低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵（qīn）蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料（liào）表層致密化而有效抑製熔渣的滲透（tòu）。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力（lì），主要是熔渣（zhā）對基質的強溶蝕並滲透作用。

懷化鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂（měi）鈣磚的特性外，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越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研究：崔淑（shū）賢（xián）等人采用（yòng）煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂（měi）鈣碳磚及鎂碳磚（zhuān）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（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕，是因為在磚的界麵（miàn）上產生了C2S保（bǎo）護層；可是中期渣（zhā）和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果（guǒ）表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定（dìng）性好，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（děng），適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質（zhì）耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量（liàng）非常（cháng）少，非金屬夾（jiá）雜物不（bú）僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品（pǐn）質。在鋼水從冶（yě）煉到精煉（liàn）的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材（cái）料對鋼水或多或（huò）少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣（gài）質耐火材料能（néng）淨化鋼水，除去（qù）鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。