徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角（jiǎo）度研（yán）究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼（gāng）水直接接觸（chù）的耐火材料對鋼水的（de）淨化作用，總是認為耐火材料或（huò）多（duō）或少地會對鋼水產生汙（wū）染。可是通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣（gài）質）耐火材料的理論研究（jiū）和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能（néng）淨化鋼水，並且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白（bái）雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

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

其中，白（bái）雲石質耐火材料（liào）是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料（liào）的定型或不定形（xíng）耐（nài）火（huǒ）材料；鎂白（bái）雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂（měi）石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）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（chà）。因此，應該根據爐外精煉等熱工（gōng）設備的（de）不同（tóng）部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐火材料對淨化鋼水（shuǐ）作用（yòng）的影響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼等（děng）對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴（yán）格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應（yīng），使其（qí）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（zhì）耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐（nài）火材料。近年來，為了淨化鋼（gāng）水、延長爐襯壽命、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（shì）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的揮發性是有影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。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（zài）高溫真空條件下使用比純（chún）MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反（fǎn）應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須（xū）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。要使O含量低，就要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，精煉設備（bèi）應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫（tuō）P，但鋼（gāng）包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料的（de）熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣（zhā）中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應（yīng）生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護（hù）層，從（cóng）而抑製熔渣的滲透。

關於H含（hán）量（liàng）的（de）問題，采用真空精煉，其H主要（yào）來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及（jí）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（fèn），就不存在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對（duì）鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧（yǎng）含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材料中的CaO熱力學穩（wěn）定性高，具有（yǒu）很低的氧平衡分壓，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很（hěn）小，被認為是防止鋼水增（zēng）氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響（xiǎng）：田琳等人（rén）試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂（měi）鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更（gèng）好，脫S率達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要的，這樣一方麵可以盡可能降低（dī）鋼包內襯的再氧化能力（lì），另一方麵（miàn）可（kě）以避免強（qiáng）還原（yuán）條件下鋼包渣導致（zhì）耐火材料的過（guò）度消耗。

耐火材料對鋼中P含量（liàng）的影（yǐng）響：匡加才（cái）研（yán）究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的（de）影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度（dù）降（jiàng）低，由原始的0.1%降低到0.01%，進（jìn）一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料（liào）對鋼水碳含量的（de）影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水（shuǐ）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H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使（shǐ）用保護套管保護主流時，有機粘結劑（jì）導致（zhì）吸H。對鋼（gāng）包、中間（jiān）包烘烤，能有效地降低（dī）鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中（zhōng）N(氮)含量的影響：傳統耐火（huǒ）材料N含量很低，近年來氮化物在（zài）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（zhōng）間包之間，保（bǎo）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（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料（liào）對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的（de）影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼（gāng）水夾雜物數量增（zēng）加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火材料中的CaO反應（yīng），如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的（de）複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔（róng）點化合物被吸附鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料表麵（miàn），形（xíng）成保（bǎo）護層，或者從鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）表麵上剝落下來上浮至保護渣層中（zhōng）；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸（xī）附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究（jiū）3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性。試（shì）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（yún）石磚基質部（bù）分致密程（chéng）度高，較不燒白雲（yún）石磚具有更好的（de）抗高（gāo）堿度（dù）渣（zhā）侵蝕性。堿度較低的（de）VOD爐渣對三種（zhǒng）磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得（dé）多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明（míng）顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成（chéng）鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材料具有（yǒu）良好（hǎo）的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是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（róng）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（zuò）用。

廣東鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成鎂鈣磚種類複雜（zá）。除具備鎂（měi）鈣磚（zhuān）的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空（kōng）穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的性（xìng）能（néng）同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也（yě）越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝（bāo）落性能（néng）越強。

鎂鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑（shū）賢等人（rén）采用煉鋼（gāng）轉爐（lú）的初期渣、中期渣和終期渣分別對（duì）鎂（měi）鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初（chū）期渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）比（bǐ）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（zài）磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳（tàn）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有利於鋼（gāng）水的脫O、脫S、脫P等（děng），適合冶煉鋼的電爐爐（lú）襯。

白雲石質（zhì）耐火（huǒ）材料對潔（jié）淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬夾雜物（wù）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程中，耐火材（cái）料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多（duō）或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化（huà）鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物（wù），而且不汙染環境。