徐平（píng）坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼（gāng）的純淨度（dù），沒有考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（tōng）過對白雲（yún）石（shí）質（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣（gài）質材料不但不汙染（rǎn）鋼（gāng）水，反而能淨化鋼水，並且也（yě）不汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂（měi）鈣質耐火材料的特征

白雲石（shí）（CaCO3·MgCO3）是天然礦物（wù）原料，煆燒後（hòu）的理論組成為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括白雲石質耐火材料、鎂白雲石（shí）質耐火材料、鎂（měi）鈣（gài）質（zhì）耐（nài）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做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白（bái）雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料是用鎂石與白雲石合成的耐（nài）火（huǒ）材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用（yòng）性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）力越強；CaO含（hán）量越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷（lín）的效果越（yuè）好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性（xìng）能越差。因此（cǐ），應該根據爐外精煉等（děng）熱（rè）工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水（shuǐ）作用的影響

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（děng）夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及（jí）夾雜物以及脫氣、調整化學（xué）成分和均勻化等。鎂鈣（gài）質耐火材料中的遊（yóu）離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純（chún）淨鋼、特（tè）殊鋼等設（shè）備的（de）耐火材料。近年來，為了淨化（huà）鋼水、延長爐襯壽命、降低（dī）耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材（cái）料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的（de）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（jiā）入一（yī）定量的CaO製成MgO—CaO質（zhì）耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中（zhōng）的脫S反應中（zhōng），要使鋼水S含量低，熔（róng）渣必須是CaO含量高（gāo）的高堿（jiǎn）度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要（yào）選擇氧勢（shì）盡可能低的耐火材（cái）料，Mg與Ca在高（gāo）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，因此（cǐ），精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升（shēng）高（gāo）不利於脫（tuō）P，但鋼（gāng）包中采用CaO含量高即堿度高的（de）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。

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

關於H含量的問題，采用真空精煉（liàn），其（qí）H主要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℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就（jiù）不存（cún）在鋼（gāng）水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣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：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩（wěn）定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中（zhōng）的溶解度很（hěn）小，被認為是防止鋼（gāng）水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的（de）影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐（nài）火材料的脫S效（xiào）果。結果表明（míng）：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（jiàng）低，出（chū）現“回S”現象（xiàng）。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯（chèn）是很必（bì）要的，這樣（yàng）一方麵可以盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強（qiáng）還（hái）原條件下鋼包渣導致耐火材（cái）料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量（liàng）的（de）影響：匡加才研（yán）究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當（dāng）澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅（fú）度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一（yī）步提（tí）高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐（nài）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（èr）次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料（liào）對鋼中H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火材料中的（de）水分以及其中的有機粘（zhān）結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影（yǐng）響。連（lián）鑄過程中，鋼包和中間包（bāo）係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結（jié）劑導致吸H。對（duì）鋼包、中間包烘烤（kǎo），能有效（xiào）地降低鋼水的吸H量。

耐火材料（liào）對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火（huǒ）材料N含量很（hěn）低，近年來（lái）氮化物在耐火材料中應用（yòng）受到關注，如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造成增N。更大的增N量（liàng）在（zài）鋼（gāng）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（nài）火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化（huà）的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料（liào）中的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應（yīng）生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可（kě）有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）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質耐火（huǒ）材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材（cái）料表麵上剝落下來上浮至保（bǎo）護渣（zhā）層中；在（zài）鎂鈣質耐火材（cái）料中的活性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侵蝕性能：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高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力（lì）比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較（jiào）不燒白雲（yún）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（de）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度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂（měi）鈣磚。鎂鈣（gài）質（zhì）材料具有良好的抵抗（kàng）高堿度熔渣的侵蝕（shí）和滲透（tòu）能力（lì），這是因為渣與鎂鈣材料作用（yòng）析（xī）出C3S，使（shǐ）材料表層致密（mì）化而有效抑製熔渣的滲透（tòu）。低堿（jiǎn）度熔渣（zhā）具有較（jiào）強的侵蝕和（hé）滲透能力，主要是熔渣對基質的強（qiáng）溶蝕並滲透作用。

石嘴山鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚（zhuān）種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的（de）真空穩（wěn）定性、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的性能同（tóng）時取決於CaO及C的含量。CaO含量越（yuè）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（kàng）剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期（qī）渣、中期渣（zhā）和終期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕（shí）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%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生（shēng）結（jié）構剝落，蝕（shí）損最嚴重（chóng）；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（de）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（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（hé）熱震穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚（zhuān）中的CaO有利於鋼（gāng）水的脫O、脫S、脫（tuō）P等，適合冶煉鋼的（de）電爐爐襯。

白雲石質耐火材料（liào）對（duì）潔淨（jìng）鋼的影響

潔淨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（liàng）少，而且尺寸很小和（hé）形態得到控製，合金元素成分精（jīng）準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過（guò）程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火（huǒ）材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白（bái）雲石質即鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金（jīn）屬夾雜物，而且不（bú）汙染環境。