徐平（píng）坤

以前，從煉鋼工藝的（de）角度（dù）研究提高鋼（gāng）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作（zuò）用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實（shí）際試驗，得出鎂鈣質（zhì）材料不但不汙染鋼水，反而（ér）能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置（zhì）中應用日（rì）益增（zēng）加。

白雲石與鎂鈣質（zhì）耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原（yuán）料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂（měi）鈣質耐火材料主要包括白雲石質（zhì）耐（nài）火（huǒ）材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全（quán）部用（yòng）煆燒或電熔（róng）的白雲石做原料的定型或不（bú）定形耐火材料；鎂白（bái）雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質（zhì）製品的高溫使用性能（néng），MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）力越強；CaO含量越高，抗（kàng）高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工（gōng）設備的不同部（bù）位使用條件，合（hé）理選擇鎂鈣質耐（nài）火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）火材料對淨化（huà）鋼水作用的影響

潔（jié）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（qiú）嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分（fèn）和均勻（yún）化等。鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料中的遊（yóu）離（lí）CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使（shǐ）其轉移到（dào）爐渣中，具（jù）有除去雜質、淨化（huà）鋼水的功能。由於CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂鈣質耐火材（cái）料也（yě）適合用於冶煉低氧（yǎng）鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼（gāng）、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材（cái）料。近年來（lái），為了（le）淨（jìng）化鋼水、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料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空（kōng）條（tiáo）件下容易（yì）揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數（shù））就可使MgO相（xiàng）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質耐火材料（liào），在高溫真空（kōng）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，熔渣必須是CaO含量高的高堿度（dù）渣，並且鋼（gāng）水中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要（yào）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，精煉（liàn）設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度（dù）升高不利於脫（tuō）P，但鋼包中采用CaO含量高即（jí）堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫（tuō）P。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的熱震穩定性高、抗渣滲透（tòu）性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材（cái）料中（zhōng）的CaO反應（yīng）生成高（gāo）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H主要來自熔（róng）渣或精煉設備內襯耐（nài）火材料的水分及有機添加物。熱力學分析（xī）認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（qīng）（H）含量（liàng）增高問題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料對（duì）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（rè）力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解（jiě）度很小（xiǎo），被認為（wéi）是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火（huǒ）材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反（fǎn）應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效（xiào）果。結果表明：在（zài）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（le）使（shǐ）鋼包獲得有效的脫S效果，使用白（bái）雲石（shí）質鋼包內襯是很（hěn）必要的，這樣一方麵（miàn）可以盡可能（néng）降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方（fāng）麵可以避免（miǎn）強還原（yuán）條件下鋼包渣導致耐火（huǒ）材料的過度消耗。

耐火（huǒ）材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼中（zhōng）P含（hán）量的影響。實驗結果表明（míng）：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進（jìn）一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅（fú）度降低。

耐火材（cái）料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二（èr）次使用（yòng）時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料（liào）對（duì）鋼中H(氫)含量的影響（xiǎng）：耐火材料中（zhōng）的水分以及（jí）其中的有機粘結（jié）劑會對鋼水中的H含量（liàng）產生顯著影響。連鑄過程中（zhōng），鋼包和中間包係統中使用保（bǎo）護套管（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H量。

耐火（huǒ）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（nián）來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增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（zhù）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、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實驗表（biǎo）明：在（zài）反應30min的情況下，隻有鎂（měi）鈣（gài）質耐（nài）火材料能（néng）去除鋼水（shuǐ）中（zhōng）的夾雜物，其餘（yú）的堿（jiǎn）性耐火材料均使（shǐ）鋼水夾雜物數量（liàng）增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物（wù）可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約（yuē）為1400℃左右，可有（yǒu）效地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成（chéng）C2S(矽酸二鈣（gài）)和C3S(矽酸三鈣)高熔點（diǎn）化合物被吸附（fù）鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵，形成保（bǎo）護層，或者從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（gài）質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附（fù）鋼水中夾（jiá）雜物的能力越（yuè）強。

鎂鈣質耐火材（cái）料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態（tài）坩堝（guō）法研究3種不鏽鋼（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。燒成白雲石磚基質部分（fèn）致密（mì）程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐（lú）渣對三種磚（zhuān）的侵蝕和滲透（tòu）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（yú）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（zhā）與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層（céng）致（zhì）密（mì）化而有效抑製（zhì）熔（róng）渣（zhā）的滲（shèn）透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要（yào）是熔渣對（duì）基質的強溶蝕並滲透作用。

泰安鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚的性能及（jí）抗侵蝕的研究

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（gài）磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好（hǎo），淨化鋼水的效果也越好；C含量越高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂（měi）鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔（cuī）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的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣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，蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較（jiào）輕，是因為在磚的（de）界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期（qī）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（zhōng）及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結（jié）果表明鎂白雲石碳磚高（gāo）溫抗氧（yǎng）化性和熱震（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（tuō）P等（děng），適（shì）合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料（liào）對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非（fēi）常少，非金屬夾雜物不（bú）僅數量少，而且尺寸很小和（hé）形態得到控製，合金元素成（chéng）分精準並且（qiě）分布（bù）均勻，使鋼材具（jù）有高性能、高品質。在鋼（gāng）水從冶煉到精煉的整個過程（chéng）中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般（bān）耐火材料對（duì）鋼水或多或少（shǎo）總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料（liào）能淨（jìng）化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。