徐平坤

以前（qián），從煉鋼工（gōng）藝的角（jiǎo）度研究提高鋼的純淨（jìng）度，沒有考慮（lǜ）與（yǔ）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（nài）火材料（liào）或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和（hé）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（bìng）且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐（lú）外精煉裝（zhuāng）置中應用日益增加。

白（bái）雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒（shāo）後的理論組（zǔ）成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐（nài）火材料主要包括白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂白（bái）雲石（shí）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或電熔的白雲石（shí）做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和（hé）鎂鈣質耐火材（cái）料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影（yǐng）響鎂鈣質製品的高溫使用性（xìng）能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強，高（gāo）溫蠕變越大，抗剝落（luò）性能和脫硫、脫磷的效果越（yuè）好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因（yīn）此，應該根據爐外精煉等熱工設備的（de）不同部位（wèi）使用條（tiáo）件，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用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中（zhōng）的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外（wài）精煉除去鋼中雜質及（jí）夾雜物以及脫氣、調整化學成分（fèn）和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼（gāng）水中的S、P等雜質反應，使其轉（zhuǎn）移到爐渣中（zhōng），具有除（chú）去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很（hěn）低，鎂鈣質耐火材（cái）料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼（gāng）、純淨鋼、特殊鋼（gāng）等設備的耐火材料。近年來，為了淨化（huà）鋼水、延長爐襯壽（shòu）命、降低耐火材料消耗，研（yán）究人員對白雲石質耐火（huǒ）材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容（róng）易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影（yǐng）響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相（xiàng）對揮發性（xìng）大大降低。因此，MgO質材料中加入（rù）一定（dìng）量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料（liào），在高溫真（zhēn）空條（tiáo）件下（xià）使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中（zhōng）的脫S反應中，要使鋼（gāng）水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高（gāo）堿（jiǎn）度渣，並且鋼水中溶解的O含（hán）量盡可能要（yào）低。要使O含（hán）量低，就要選擇（zé）氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以（yǐ）氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣（gài）質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中（zhōng）采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此（cǐ），用CaO含量（liàng）高的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、抗渣滲透性好，特別是（shì）熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料（liào）中（zhōng）的CaO反應生（shēng）成（chéng）高熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問（wèn）題，采用（yòng）真空精煉，其H主要（yào）來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分（fèn）及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘（hōng）烤，充（chōng）分排除其中的水（shuǐ）分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題（tí）。

鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料（liào）對鋼水性（xìng）能的影響

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

耐（nài）火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂（měi）鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料（liào）的脫S效果（guǒ）。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，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可（kě）以避免強還原條件下鋼（gāng）包渣導致耐（nài）火材料的過（guò）度消耗。

耐火材料對（duì）鋼中P含量的影響：匡加才（cái）研究MgO—CaO質澆注料（liào）對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為（wéi）25%時，鋼中（zhōng）P含量大幅度降（jiàng）低，由原始的（de）0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小（xiǎo）幅度降低（dī）。

耐火材（cái）料對鋼水碳含量（liàng）的影響：實驗表（biǎo）明，使用含C耐火材（cái）料，鋼水顯著（zhe）增C，當同一製品第二次使（shǐ）用時，鋼水僅發生輕微增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的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包（bāo）和中間包係（xì）統中使用保護套管保護主流（liú）時，有機粘結劑導致吸H。對（duì）鋼包、中間包烘烤，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：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐（nài）火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼（gāng）水造成增N。更大的增N量（liàng）在鋼包與中間包之間（jiān），保護套管非常重要，連（lián）鑄的增N點就（jiù）是長（zhǎng）水口保護，此（cǐ）處增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼（gāng）水中夾雜物（wù）的影響：田琳等人研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表（biǎo）明：在反應30min的情況下，隻（zhī）有鎂鈣（gài）質耐火材料能去除（chú）鋼水中的夾雜物，其餘的堿性（xìng）耐火材（cái）料均使鋼水夾雜（zá）物數（shù）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（chéng）Ca12Al4O3的複合化合（hé）物，熔點約為1400℃左（zuǒ）右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）物（wù）。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣)高熔點化合（hé）物被吸附（fù）鎂鈣（gài）質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上（shàng）剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料（liào）中的活（huó）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（kàng）侵蝕性能：梁義兵等人采（cǎi）用靜態坩堝法研究3種（zhǒng）不鏽鋼（gāng）冶煉（liàn）用鎂鈣磚的抗渣性。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（shāo）成白（bái）雲石磚基質（zhì）部分致密程度高，較不燒白雲石磚具（jù）有（yǒu）更好的（de）抗（kàng）高堿度渣侵蝕性（xìng）。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。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（jiǎn）度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料（liào）具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因（yīn）為渣與鎂（měi）鈣材料（liào）作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲（shèn）透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

寧河（hé）鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的性（xìng）能及抗侵（qīn）蝕的（de）研究

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（zhuān）具有（yǒu）更好（hǎo）的真空穩定性、抗熱（rè）震（zhèn）性。鎂鈣碳磚的性（xìng）能同時取決於（yú）CaO及C的含量（liàng）。CaO含量（liàng）越高，抗剝落性能越（yuè）好，淨化鋼水的效果也越好；C含量（liàng）越高，抗（kàng）渣侵蝕和抗剝落性能越（yuè）強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研（yán）究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的（de）初期渣、中期渣和終期渣分別（bié）對鎂鈣碳磚及鎂碳磚（zhuān）的侵蝕進（jìn）行實驗。實驗結果表明：初（chū）期渣（zhā）MgO—C磚（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚（zhuān）產生結構（gòu）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；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸（suān）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（gāng）的電（diàn）爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼（gāng）的影（yǐng）響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非（fēi）常少，非金屬夾雜物不僅（jǐn）數量少，而且尺寸（cùn）很小（xiǎo）和形態得到控製，合金元素成分精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材具有高（gāo）性能、高品質（zhì）。在鋼水（shuǐ）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（liào）對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材（cái）料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬（shǔ）夾雜物，而且不汙染環境。