徐平（píng）坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的（de）純淨度（dù），沒有考（kǎo）慮與鋼水直接（jiē）接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水（shuǐ）產生（shēng）汙染。可是通過對（duì）白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理（lǐ）論研究和實際試驗（yàn），得出鎂鈣質材料不（bú）但不汙染鋼水，反（fǎn）而能淨（jìng）化鋼水（shuǐ），並且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與（yǔ）鎂鈣質耐火材料的特征

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

其中，白雲石質（zhì）耐火材料是指全部用煆（duàn）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（yún）石和鎂鈣質耐火材料是（shì）用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影（yǐng）響（xiǎng）鎂鈣質製品的高溫使（shǐ）用（yòng）性能，MgO含量（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水化能力（lì）越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落（luò）性能和（hé）脫硫、脫（tuō）磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性（xìng）能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理（lǐ）選（xuǎn）擇鎂鈣（gài）質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐火材料（liào）對淨化（huà）鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼（gāng）中的雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元（yuán）素及SiO2、Al2O3等（děng）夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精（jīng）煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的遊離CaO，易（yì）與鋼水中的（de）S、P等雜質反應，使其轉移到（dào）爐渣中（zhōng），具（jù）有除去雜質、淨化鋼水的功（gōng）能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼（gāng）、純（chún）淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化（huà）鋼水、延長爐（lú）襯壽（shòu）命、降低耐火材料消耗，研（yán）究人員（yuán）對白雲石質（zhì）耐火材料進行了許多（duō）試驗（yàn）研究，取得了（le）很（hěn）好（hǎo）的結果。

MgO在真空條（tiáo）件下容易揮發（fā），而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數）就可使MgO相對（duì）揮發性大大降低。因此，MgO質材料中（zhōng）加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質（zhì）耐火材料更（gèng）合適。

鋼水中的脫S反應中，要（yào）使鋼水（shuǐ）S含量（liàng）低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低（dī）。要（yào）使（shǐ）O含量低，就要選（xuǎn）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（zài）鋼水中（zhōng）的溶（róng）解度（dù）很小，而CaO的（de）氧勢也很小（xiǎo），因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐（nài）火材料。溫（wēn）度升高不（bú）利於脫（tuō）P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高即（jí）堿度高（gāo）的（de）熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材（cái）料同樣也有（yǒu）利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性（xìng）高、抗渣滲透性好，特別（bié）是（shì）熔渣（zhā）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，其（qí）H主要來自熔渣或（huò）精煉設備內襯耐火（huǒ）材料的水分及有機添加物。熱力學（xué）分析認為：要在1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充分排除其（qí）中的水（shuǐ）分，就不存在鋼（gāng）水中氫（H）含量增高（gāo）問（wèn）題。

鎂鈣質耐火材料對（duì）鋼（gāng）水性能的影響（xiǎng）

耐（nài）火材料對鋼中氧（yǎng）含量的（de）影響：王龍光（guāng）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（fèn）壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼（gāng）水增氧（yǎng）的有效材料。

耐火（huǒ）材料對鋼中S的影響（xiǎng）：田琳等（děng）人（rén）試驗（yàn）研究（jiū）鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的反應，檢驗（yàn）鎂鈣質耐火材料的脫S效果（guǒ）。結果表明：在1600℃下（xià），反應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。為了使鋼包獲（huò）得有效的脫S效果，使（shǐ）用白（bái）雲石（shí）質鋼（gāng）包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡（jìn）可（kě）能降低鋼包內襯的再氧化（huà）能力（lì），另一方麵可以避免強還原（yuán）條件下（xià）鋼包渣導致耐火材料的過（guò）度消耗。

耐火材料對鋼中P含量（liàng）的影響：匡加才研（yán）究MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中P含量（liàng）的（de）影（yǐng）響。實驗結（jié）果表明：當澆注料中（zhōng）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%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有（yǒu）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C耐火材料，鋼水（shuǐ）顯著增C，當同（tóng）一製品（pǐn）第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中（zhōng）H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及（jí）其中的有機粘結劑會對鋼（gāng）水（shuǐ）中的H含量產生（shēng）顯（xiǎn）著影響。連鑄（zhù）過程中，鋼（gāng）包和中間包係統中使（shǐ）用保護套管（guǎn）保（bǎo）護主流時，有（yǒu）機（jī）粘結劑導致吸（xī）H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水（shuǐ）的吸H量。

耐火材料對鋼（gāng）中N(氮)含（hán）量的影響（xiǎng）：傳統耐火材料N含量（liàng）很低，近年來氮化（huà）物（wù）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（dà）的增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（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：田琳等（děng）人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料（liào）對管線鋼鋼水潔淨化的影（yǐng）響，實驗表明：在反應30min的（de）情況下，隻有鎂（měi）鈣質耐火材料能（néng）去（qù）除鋼水中的夾雜（zá）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（zá）物可與鎂鈣耐火（huǒ）材料（liào）中的CaO反應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約（yuē）為1400℃左右（yòu），可有效（xiào）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（diǎn）化合物被（bèi）吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料表麵（miàn）上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的活（huó）性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越（yuè）強。

鎂鈣質耐火材（cái）料的抗侵蝕性能：梁義兵（bīng）等人采用靜態坩堝法研（yán）究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果（guǒ）得出，CaO含量（liàng）高的（de）白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和（hé）滲透能力比較強。燒成（chéng）白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲（yún）石磚具有（yǒu）更好的抗高（gāo）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度渣嚴重得多。相對而言（yán），燒成的鎂（měi）鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣（zhā）侵蝕（shí）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（zhā）的侵蝕和滲透能力，這是因（yīn）為渣與鎂（měi）鈣材料作用析出C3S，使（shǐ）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透（tòu）能力，主要是熔（róng）渣對基質的（de）強溶蝕（shí）並滲透作用。

梧州鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳磚主（zhǔ）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，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於（yú）CaO及（jí）C的含（hán）量。CaO含量越高，抗剝落性能越好（hǎo），淨化（huà）鋼水的（de）效果也（yě）越好；C含量越高，抗（kàng）渣（zhā）侵蝕和抗（kàng）剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵（qīn）蝕研究：崔淑賢等人采（cǎi）用煉鋼（gāng）轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣（gài）碳（tàn）磚（zhuān）及鎂碳磚（zhuān）的侵蝕進行實驗。實（shí）驗結果表明：初期（qī）渣MgO—C磚蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較（jiào）輕，是因為在磚的界（jiè）麵（miàn）上產生了C2S保護層；可（kě）是中期渣和（hé）終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕損率反而分別（bié）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（yǐ）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（kàng）氧化性和熱震穩定性好（hǎo），抗酸性熔渣能力強；而且磚（zhuān）中的CaO有利於鋼水的脫O、脫（tuō）S、脫（tuō）P等，適（shì）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（gāng）係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少，非（fēi）金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準（zhǔn）並且分布均勻，使鋼材具有高（gāo）性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有（yǒu）白（bái）雲石（shí）質即鎂鈣質（zhì）耐火材料能淨化（huà）鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且（qiě）不汙染環境（jìng）。