徐平坤

以前，從煉鋼工藝的（de）角（jiǎo）度研（yán）究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直（zhí）接接觸的耐火材料對鋼（gāng）水的（de）淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生（shēng）汙染。可是通（tōng）過對（duì）白雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料的理論研究和實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反（fǎn）而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等爐（lú）外精煉裝（zhuāng）置中應用（yòng）日益增加。

白雲石與鎂鈣（gài）質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦（kuàng）物原料（liào），煆（duàn）燒後的理論組（zǔ）成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白（bái）雲石質耐火材料、鎂白雲石質（zhì）耐火材料、鎂鈣質耐（nài）火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全（quán）部用煆燒或電熔的白雲石做原料（liào）的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材（cái）料。MgO、CaO含（hán）量（liàng）的變化影響鎂鈣質製品（pǐn）的高溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫（wēn）蠕變越大，抗剝落性能（néng）和脫硫、脫磷的效果越好，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（yòng）條件，合（hé）理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐火材料對（duì）淨（jìng）化（huà）鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中（zhōng）的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜（zá）物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去（qù）鋼中雜質及夾雜（zá）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（děng）雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除（chú）去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的（de）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、純淨（jìng）鋼、特殊鋼（gāng）等設備的耐火材料。近（jìn）年來，為了淨化鋼水、延（yán）長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗（yàn）研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條（tiáo）件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使（shǐ）MgO相對揮發性大大（dà）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，在高溫（wēn）真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合（hé）適。

鋼水中的脫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）選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下（xià）以（yǐ）氣（qì）態存在，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，而（ér）CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該（gāi）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（yòng）CaO含（hán）量高即堿度（dù）高的熔渣有利（lì）脫P，因此，用CaO含（hán）量高的鎂鈣質耐火材料（liào）同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩（wěn）定性高（gāo）、抗渣滲透性好，特別是（shì）熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應（yīng）生成高熔（róng）點化合物C2S或C3S,形（xíng）成保護層，從而抑製（zhì）熔渣的滲透。

關於H含量的問（wèn）題，采用真空精煉，其（qí）H主要來自熔渣或精煉（liàn）設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘（hōng）烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問（wèn）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（dìng）性高，具有很（hěn）低的氧平衡分（fèn）壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的（de）有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果（guǒ）。結果表明：在（zài）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（bì）要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的（de）再氧化能力，另一（yī）方麵可以避免強還（hái）原條件（jiàn）下鋼包渣導致耐火材料的過（guò）度消耗（hào）。

耐火材料（liào）對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼（gāng）中P含量大幅度降（jiàng）低，由原始的0.1%降低到（dào）0.01%，進一步（bù）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，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，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（cái）料中的水分以及其中的有機（jī）粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中，鋼包和中（zhōng）間包係統中使用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，能有效（xiào）地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼（gāng）中N(氮)含量的影響：傳（chuán）統耐火材料N含量很低，近年來氮化物（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（zhǎng）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（xiǎng）：田（tián）琳等人（rén）研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火（huǒ）材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗（yàn）表明：在反（fǎn）應（yīng）30min的情況（kuàng）下，隻有鎂鈣質耐火材料能（néng）去（qù）除鋼水中的夾雜（zá）物，其餘的（de）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（gài）耐火材料中的（de）CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的（de）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反應生（shēng）成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣)高熔點化合（hé）物（wù）被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層（céng），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（měi）鈣質耐火材料（liào）中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中（zhōng）夾雜物的（de）能力越強。

鎂鈣質耐火材（cái）料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態（tài）坩堝法研究（jiū）3種不鏽鋼冶煉（liàn）用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）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，較不燒白雲（yún）石磚具有更好的抗（kàng）高堿度渣侵蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐渣對三種（zhǒng）磚的（de）侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得（dé）多（duō）。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（shāo）鎂鈣磚，CaO含量高的燒成（chéng）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的（de）鎂（měi）鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔（róng）渣的（de）侵蝕和滲透能力，這是（shì）因為渣與鎂鈣材料作用析出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透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透（tòu）作用。

巴彥淖爾鎂磚之（zhī）鎂（měi）鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜（zá）。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。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及（jí）C的（de）含量（liàng）。CaO含量越高，抗（kàng）剝落性能（néng）越好，淨化（huà）鋼水的效果也（yě）越（yuè）好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵（qīn）蝕研究：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（jí）鎂碳磚（zhuān）的侵蝕進行（háng）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（ér）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磚侵蝕嚴重。

孫惠章（zhāng）等人研究結果表明鎂白雲石（shí）碳磚高溫（wēn）抗氧化（huà）性和熱震穩（wěn）定性好，抗（kàng）酸性熔渣能力強；而且磚（zhuān）中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲（yún）石質耐火材料對潔淨鋼的（de）影響

潔淨鋼係指鋼（gāng）中有（yǒu）害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜（zá）物不僅數（shù）量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分（fèn）精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材（cái）具有（yǒu）高性能、高品質。在鋼（gāng）水從冶煉到（dào）精煉的整個過程（chéng）中，耐火材料始終與鋼水（shuǐ）接觸，一般耐火材料對鋼水或多或（huò）少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。