徐平（píng）坤

以前，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（de）耐火材料（liào）對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或（huò）多或（huò）少地會對鋼水產生汙染。可是通過對（duì）白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得（dé）出（chū）鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化（huà）鋼水（shuǐ），並且也不汙染環境，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（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為1.93。鎂（měi）鈣質耐火材料主要包（bāo）括白雲石質耐（nài）火材料（liào）、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料。

其中，白（bái）雲石質耐火材料是指（zhǐ）全部用煆燒或電熔的白雲石做原（yuán）料的定型或不定形（xíng）耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影（yǐng）響（xiǎng）鎂鈣（gài）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（liàng）越高，抗高SiO2熔渣（zhā）的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗（kàng）水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能越差。因（yīn）此，應該根據爐外精煉等熱工設（shè）備的不同部位（wèi）使用條件，合（hé）理選擇鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石（shí）質（zhì）耐火材料對淨化鋼水作用的影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）的含量（liàng）要求嚴格，需要爐外精（jīng）煉（liàn）除（chú）去（qù）鋼中（zhōng）雜質及夾雜物（wù）以及脫氣、調整化學成分和均勻化（huà）等。鎂鈣質耐火材料中的遊（yóu）離CaO，易（yì）與（yǔ）鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除（chú）去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合（hé）用於冶煉低氧鋼（gāng），是爐外精（jīng）煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等（děng）設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽（shòu）命、降（jiàng）低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火（huǒ）材料進行了許多試驗研究（jiū），取得了很（hěn）好（hǎo）的（de）結（jié）果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響（xiǎng）的，含有10%～20%CaO（摩（mó）爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火（huǒ）材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必（bì）須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢（shì）盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態（tài）存在，在鋼水中的溶（róng）解度（dù）很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐（nài）火材料。溫（wēn）度升高不利於脫P，但鋼（gāng）包中采用CaO含量高即（jí）堿度（dù）高的熔渣有利（lì）脫P，因此，用CaO含量（liàng）高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利（lì）脫（tuō）P。

鎂（měi）鈣質耐火材料的熱（rè）震穩定性高、抗渣滲透性（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）高熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製熔渣的滲（shèn）透。

關於H含量的問題，采用真空精（jīng）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（jiā）物。熱力學分析認為：要在1200℃下（xià）長期烘烤，充分排除其中（zhōng）的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性（xìng）能的影響（xiǎng）

耐火材料對鋼中（zhōng）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（yǒu）很低的氧平衡分壓，在鋼水中的（de）溶解度很小（xiǎo），被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的（de）影響（xiǎng）：田琳等（děng）人試驗研究鎂（měi）鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效（xiào）果。結果表明：在1600℃下，反應45min時（shí），脫S效果更好，脫（tuō）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，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的（de），這樣一方麵可以盡可能降低鋼（gāng）包內襯的再氧化能力，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（nài）火材料對鋼中P含量的影響：匡（kuāng）加才研究（jiū）MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼中（zhōng）P含量（liàng）的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含（hán）量大幅度降低，由原始的（de）0.1%降低到0.01%，進一（yī）步提高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅有小（xiǎo）幅度降低。

耐（nài）火材料（liào）對鋼水碳含量的（de）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，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料（liào）對鋼中H(氫)含量（liàng）的（de）影響：耐（nài）火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的（de）H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用（yòng）保護（hù）套管（guǎn）保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸（xī）H量。

耐火材（cái）料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中（zhōng）應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成（chéng）增N。更大的增N量在（zài）鋼包與中間包之間，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：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材（cái）料對管線鋼鋼水潔（jié）淨化的影響，實驗表明（míng）：在（zài）反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐（nài）火材料能去除（chú）鋼水（shuǐ）中的（de）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等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的（de）複合化合物，熔點約（yuē）為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和（hé）C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料表麵，形成保護層，或（huò）者（zhě）從鎂鈣質耐（nài）火材料表麵上剝落下來上浮至保護（hù）渣層中；在鎂鈣質耐火材（cái）料中的活（huó）性CaO含量越高（gāo），吸附鋼水中夾雜物的能力（lì）越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）性（xìng）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（bái）雲石磚（zhuān）抗高（gāo）堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力（lì）比較強（qiáng）。燒成（chéng）白雲石磚基質部分致密程度高（gāo），較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿（jiǎn）度（dù）較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比（bǐ）高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂（měi）鈣磚，CaO含量高的燒（shāo）成鎂鈣磚（zhuān）抵（dǐ）抗（kàng）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堿度熔渣的侵（qīn）蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣（gài）材料作用（yòng）析出C3S，使（shǐ）材料表層致密化而有效（xiào）抑製熔渣（zhā）的滲透。低堿度（dù）熔渣具有較強的侵蝕（shí）和滲透能力，主要是熔（róng）渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透作用。

雞西鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複（fù）雜（zá）。除具備鎂鈣（gài）磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳（tàn）磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性能同（tóng）時取決於CaO及C的（de）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（hé）抗剝（bāo）落性能越強。

鎂（měi）鈣碳磚（zhuān）的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期（qī）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（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕（qīng），是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是（shì）中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而（ér）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（jiū）結果表明鎂（měi）白雲石碳磚高溫抗氧化（huà）性和熱震（zhèn）穩定性好，抗酸性熔渣能（néng）力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火（huǒ）材料對（duì）潔淨鋼的影響

潔淨（jìng）鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺（chǐ）寸很小和形態得到控製，合金元（yuán）素成分精準（zhǔn）並且分布均勻，使鋼材（cái）具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精（jīng）煉的（de）整個（gè）過程中，耐火材料始終與鋼（gāng）水接觸，一（yī）般耐火材料對鋼水或多或少總有些（xiē）汙染，唯有白雲石（shí）質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不（bú）汙染環境。