徐平（píng）坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考（kǎo）慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用（yòng），總是認為耐火材料或（huò）多或少地會對鋼水產（chǎn）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（chū）鎂鈣質材料（liào）不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼（gāng）水（shuǐ），並（bìng）且也不汙染環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉（liàn）裝置中應用日益增加。

白雲石與（yǔ）鎂鈣（gài）質耐火材料的特征

白雲石（shí）（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1.93。鎂（měi）鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂（měi）白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

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（xíng）或不定（dìng）形（xíng）耐火材料；鎂（měi）白雲石和鎂鈣（gài）質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火（huǒ）材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣（gài）質製品的高溫使（shǐ）用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力（lì）越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的（de）能（néng）力越強，高溫蠕變（biàn）越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但（dàn）抗水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差。因此，應該根（gēn）據爐外精煉等熱工（gōng）設備的不同部位使用條件，合（hé）理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中（zhōng）的雜質O、S、P、C、H、N等元（yuán）素及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量要求（qiú）嚴格（gé），需要（yào）爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整（zhěng）化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離（lí）CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉移到爐渣中（zhōng），具有除去雜質、淨化鋼（gāng）水的功能。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）、純淨鋼、特（tè）殊鋼等（děng）設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、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（liào）進行了許（xǔ）多（duō）試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條（tiáo）件（jiàn）下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影響（xiǎng）的，含有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，在高溫（wēn）真空條件下使（shǐ）用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應（yīng）中，要使鋼水S含量低，熔（róng）渣必（bì）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（kě）能要低。要使O含（hán）量低（dī），就要選（xuǎn）擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存（cún）在，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高（gāo）即堿度高的熔渣有利（lì）脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）的熱震穩定性高、抗渣滲（shèn）透（tòu）性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中（zhōng）的CaO反應生成高熔點化合（hé）物C2S或（huò）C3S,形成保護（hù）層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量（liàng）的問題，采用真空精煉，其H主要（yào）來（lái）自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添（tiān）加物（wù）。熱力學分析（xī）認為：要在（zài）1200℃下長期烘烤，充分排除其（qí）中的水分，就（jiù）不存在鋼（gāng）水中氫（H）含量增高問題（tí）。

鎂鈣（gài）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（rén）認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的（de）氧（yǎng）平衡分壓，在鋼水中的溶（róng）解度（dù）很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣（gài）磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料（liào）的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲（huò）得（dé）有效的（de）脫S效果（guǒ），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（néng）降低鋼（gāng）包內（nèi）襯（chèn）的再氧化能力，另（lìng）一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度消耗。

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（de）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（shǐ）的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐（nài）火材料對鋼水碳（tàn）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（yī）製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增（zēng）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水（shuǐ）中的H含量產生顯（xiǎn）著影（yǐng）響（xiǎng）。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管（guǎn）保護主流時（shí），有機（jī）粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼（gāng）包、中間包烘烤，能有效地降（jiàng）低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼（gāng）中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低（dī），近年（nián）來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解（jiě）對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包（bāo）之間，保護套管（guǎn）非常重要（yào），連鑄的（de）增N點就是長水（shuǐ）口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐（nài）火材料對（duì）鋼水中夾雜物的影響：田琳等人（rén）研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料（liào）對管線鋼鋼水（shuǐ）潔（jié）淨化的影響，實驗表明：在反應（yīng）30min的情況下，隻有鎂（měi）鈣質耐火材料能（néng）去（qù）除鋼水中的夾雜物，其餘的（de）堿性耐火材料均使鋼（gāng）水夾雜物數量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂（měi）鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點（diǎn）約（yuē）為1400℃左右，可有效地去（qù）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)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形成保護層，或者從（cóng）鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料（liào）中的活（huó）性CaO含量越（yuè）高，吸（xī）附（fù）鋼水中（zhōng）夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材（cái）料的抗侵蝕性能：梁義兵等（děng）人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚（zhuān）的抗（kàng）渣性。試（shì）驗結果（guǒ）得（dé）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致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的（de）抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕（shí）和（hé）滲透比高堿度渣嚴重得多。相（xiàng）對而言，燒成的鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明顯好於（yú）不燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於（yú）CaO含量低（dī）的鎂鈣磚。鎂（měi）鈣質材料具有（yǒu）良好的抵（dǐ）抗高堿度熔渣（zhā）的侵蝕和滲透能力（lì），這是（shì）因為渣與鎂鈣（gài）材料作用析出（chū）C3S，使材（cái）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（shì）熔渣對基質的強溶蝕並（bìng）滲透（tòu）作用。

合肥鎂磚之鎂鈣（gài）碳磚（zhuān）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。除具備鎂（měi）鈣磚的特性（xìng）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，抗渣侵蝕和抗剝落性能（néng）越強。

鎂鈣碳磚的抗侵（qīn）蝕研究：崔淑賢（xián）等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗（yàn）。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（gòu）剝落，蝕損（sǔn）最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是（shì）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（lǜ）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（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等（děng）人研（yán）究結果表明鎂白（bái）雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩（wěn）定性好（hǎo），抗酸性熔渣能力強；而且磚中（zhōng）的CaO有利於鋼水（shuǐ）的脫（tuō）O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐（nài）火材料對潔淨鋼的影響（xiǎng）

潔淨鋼係指鋼中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形（xíng）態得到控製，合金元素成分精準並且分布均（jun1）勻，使鋼材具有高性能、高（gāo）品質。在鋼水從（cóng）冶煉到精煉的（de）整個過程中，耐（nài）火（huǒ）材料始終與（yǔ）鋼水接觸，一般耐火材料對（duì）鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼（gāng）水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而（ér）且不汙染環境。