徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼的純淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼水（shuǐ）直接接（jiē）觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼（gāng）水產生汙染。可是通過對白雲（yún）石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在（zài）AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精（jīng）煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的（de）特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論（lùn）組成（chéng）為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣（gài）質耐火材料主要包（bāo）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，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒（shāo）或（huò）電熔的白雲石（shí）做原（yuán）料的定型（xíng）或（huò）不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的（de）耐火材料。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（yuè）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（lì）越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外（wài）精煉等熱工設備的不同部位使用（yòng）條件（jiàn），合理選擇鎂鈣質耐火材料中的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（liàn）除去鋼中（zhōng）雜質及夾雜物以及脫氣、調（diào）整化學成分和均勻化等（děng）。鎂鈣質耐火材料中的遊離（lí）CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應（yīng），使其轉（zhuǎn）移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢（shì）很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精（jīng）煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼（gāng）等設（shè）備的耐（nài）火材料。近年來，為了淨化（huà）鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研（yán）究人（rén）員對白雲石質（zhì）耐火材料進行了許多試驗研究，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（摩爾分數）就（jiù）可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料，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，熔渣必須（xū）是CaO含量高的高堿度（dù）渣，並且（qiě）鋼水中溶解的O含量（liàng）盡可能要低。要使O含量（liàng）低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與（yǔ）Ca在高溫下以氣態存在，在鋼（gāng）水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度（dù）高的熔渣（zhā）有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有（yǒu）利脫P。

鎂（měi）鈣質（zhì）耐（nài）火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是（shì）熔渣中SiO2滲（shèn）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,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透（tòu）。

關於H含量的問題，采（cǎi）用真空精煉，其（qí）H主要來自（zì）熔渣或精煉設備內襯耐火材料（liào）的水分及有機添加物。熱（rè）力（lì）學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排（pái）除其（qí）中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣（gài）質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響（xiǎng）：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（yā），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（lín）等人試驗研究鎂鈣磚（zhuān）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（yīng）45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過（guò）45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了（le）使鋼包獲得有效的脫（tuō）S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡（jìn）可能（néng）降低鋼包（bāo）內襯的再氧化能力，另（lìng）一（yī）方（fāng）麵（miàn）可以避免強還原條件下鋼包（bāo）渣導致耐（nài）火材料的過度消耗。

耐火材料（liào）對鋼中P含（hán）量的影響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質澆注料（liào）對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當（dāng）澆（jiāo）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（dào）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響：實驗表明，使用含（hán）C耐（nài）火材料，鋼（gāng）水顯著增（zēng）C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火（huǒ）材料對鋼中H(氫)含量的（de）影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結（jié）劑（jì）會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過（guò）程中，鋼包和中間包係統中使用（yòng）保護（hù）套管保護主流時，有機粘結（jié）劑導致吸（xī）H。對（duì）鋼包、中間包烘烤（kǎo），能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材（cái）料（liào）對鋼中N(氮（dàn）)含（hán）量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來（lái）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（zēng）N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套（tào）管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響（xiǎng）：田琳等人研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的（de）情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物（wù），其餘的堿（jiǎn）性耐火材（cái）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（fǎn）應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，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(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐（nài）火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝（bāo）落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物（wù）的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵（qīn）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（kàng）高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較（jiào）強（qiáng）。燒（shāo）成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白（bái）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（duì）而言，燒（shāo）成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂（měi）鈣（gài）磚，CaO含量高的燒成（chéng）鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕能力（lì）好於CaO含量低的鎂（měi）鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，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熔渣的滲（shèn）透。低堿度熔（róng）渣具有較強的侵蝕和滲透（tòu）能力，主要是熔渣對基質（zhì）的強溶蝕並滲透作用。

那曲鎂磚之（zhī）鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕的研（yán）究

鎂（měi）鈣碳磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類（lèi）複雜。除（chú）具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更（gèng）好的真空穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂（měi）鈣碳磚的性（xìng）能同時取決於CaO及（jí）C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝落性能（néng）越好，淨化鋼水的效果也越（yuè）好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研究（jiū）：崔淑（shū）賢等人采用煉鋼（gāng）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（qīn）蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因（yīn）為MgO—C磚產生結構（gòu）剝落，蝕損最（zuì）嚴（yán）重（chóng）；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；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損（sǔn）率（lǜ）反而分別比（bǐ）MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為（wéi）其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵（qīn）蝕嚴重。

孫惠章（zhāng）等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱（rè）震穩定性好，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，適合冶（yě）煉鋼的電爐爐襯。

白雲（yún）石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔（jié）淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜（zá）物不（bú）僅數量少，而且尺寸很（hěn）小（xiǎo）和形態（tài）得到控製，合金元素成分精準並且分（fèn）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（shǐ）終與鋼水接觸，一般耐（nài）火材料對鋼水或多（duō）或少（shǎo）總有些汙染，唯有白雲石質即鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料能淨化（huà）鋼（gāng）水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。