徐平坤

以前（qián），從煉鋼工（gōng）藝（yì）的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考（kǎo）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或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對（duì）白雲石（shí）質（鎂鈣（gài）質）耐火材料的理論研究和實際試驗（yàn），得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨（jìng）化鋼水，並且也不（bú）汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外（wài）精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（shì）天然礦物原（yuán）料，煆燒後的（de）理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要（yào）包括（kuò）白雲石質耐火材料、鎂白（bái）雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料。

其中，白雲石質（zhì）耐火材料是（shì）指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火（huǒ）材料是用鎂石與（yǔ）白雲石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的（de）高溫（wēn）使用性（xìng）能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力（lì）越（yuè）強；CaO含量越（yuè）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，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該（gāi）根據爐外精（jīng）煉等熱工設備的不同部（bù）位使用條件，合理選（xuǎn）擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料（liào）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等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐（lú）外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化（huà）學成（chéng）分和均勻（yún）化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中（zhōng）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（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧（yǎng）鋼，是爐外（wài）精煉冶煉潔淨鋼、純（chún）淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長（zhǎng）爐襯壽命、降低耐（nài）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（qǔ）得了很（hěn）好的結果。

MgO在真空條件下（xià）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（ěr）分數）就可使MgO相（xiàng）對揮發性大大降（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（wēn）真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水（shuǐ）中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼（gāng）水中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要（yào）選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下（xià）以氣態存在，在鋼水中的（de）溶解度很小，而（ér）CaO的氧勢（shì）也（yě）很（hěn）小，因此，精（jīng）煉設備應該（gāi）選用鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料（liào）。溫度升高（gāo）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含量高的鎂鈣（gài）質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質（zhì）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（nài）火（huǒ）材料中的CaO反應生成高熔點化合物（wù）C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的（de）滲透（tòu）。

關於H含量的問題，采用真（zhēn）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。熱力學分析（xī）認為（wéi）：要在（zài）1200℃下長（zhǎng）期烘（hōng）烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水（shuǐ）中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響（xiǎng）

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

耐（nài）火材料對鋼中S的影響：田琳等人（rén）試驗研（yán）究鎂鈣磚與鋼水中S的反應（yīng），檢驗鎂鈣質耐火材料的（de）脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫S率降低，出（chū）現“回S”現（xiàn）象。為了使鋼包獲得（dé）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，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗（hào）。

耐火材（cái）料對鋼中P含量的影響：匡加才研（yán）究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的（de）影響。實驗結（jié）果表明：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原（yuán）始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有（yǒu）小幅度（dù）降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯（xiǎn）著增C，當同一製品第二次使用時，鋼（gāng）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（de）有（yǒu）機（jī）粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和（hé）中間包係統中使用（yòng）保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有（yǒu）效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火（huǒ）材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的（de）增N量在鋼包與中間包之間，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（liào）對（duì）鋼水中夾（jiá）雜物的影響：田琳等（děng）人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨（jìng）化的影（yǐng）響（xiǎng），實驗表（biǎo）明：在反（fǎn）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等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反（fǎn）應，如CaO與Al2O3反應生（shēng）成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約（yuē）為1400℃左右，可有效地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣（gài）)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣（gài）質耐火材料表麵，形成保護層，或者從（cóng）鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的（de）活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物（wù）的能力（lì）越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜（jìng）態（tài）坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉（liàn）用（yòng）鎂鈣磚的抗渣性。試（shì）驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚（zhuān）抗高堿度的AOD渣（zhā）侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚（zhuān）基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗（kàng）高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對（duì）三種磚的（de）侵（qīn）蝕和滲透比高（gāo）堿度渣嚴重得多。相對（duì）而言（yán），燒（shāo）成（chéng）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（dǐ）抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低（dī）的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔（róng）渣的（de）侵蝕和（hé）滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作（zuò）用（yòng）析出C3S，使材料表層致密化而有效抑（yì）製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

攀（pān）枝花鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研（yán）究

鎂（měi）鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較（jiào）燒成鎂鈣磚種（zhǒng）類複雜。除具（jù）備鎂鈣磚的特（tè）性外（wài），鎂（měi）鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含（hán）量越高，抗剝落性（xìng）能越好，淨化鋼水的效（xiào）果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的（de）抗侵蝕研究（jiū）：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碳磚（zhuān）的侵蝕進行實驗。實（shí）驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構（gòu）剝落，蝕損最嚴重（chóng）；MgO—CaO—C磚的（de）侵（qīn）蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了（le）C2S保護層；可是中期渣（zhā）和終期渣，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（jí）被渣（zhā）中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵（qīn）蝕嚴重。

孫惠章等人（rén）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，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼（gāng）的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金（jīn）屬夾雜物不僅數量少，而（ér）且尺寸很小（xiǎo）和（hé）形（xíng）態得到控（kòng）製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具（jù）有高（gāo）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（yǔ）鋼（gāng）水接觸，一般耐火材（cái）料對鋼水或多或（huò）少（shǎo）總有些（xiē）汙染，唯有白（bái）雲石質即鎂鈣質耐（nài）火材料能淨化（huà）鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜（zá）物（wù），而且（qiě）不汙染環境。