徐（xú）平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度（dù），沒有考慮與（yǔ）鋼水直接接觸的耐（nài）火材料對鋼水的淨化作用，總是認為（wéi）耐火材料或多或少地會對鋼（gāng）水產生汙染。可是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理（lǐ）論研究和實際試驗，得（dé）出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反（fǎn）而能淨化鋼水（shuǐ），並且也不汙染（rǎn）環（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼包（bāo）等爐外精煉裝（zhuāng）置中應用日益增加。

白雲石與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（lǐ）論（lùn）組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐（nài）火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白（bái）雲石質（zhì）耐火材料、鎂鈣質耐火材（cái）料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用（yòng）煆燒或電熔的白雲石做原料的（de）定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用（yòng）鎂石與白（bái）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（xìng）能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水（shuǐ）化能力越強；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（hé）脫硫、脫磷的效果越好，但抗（kàng）水化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差。因此，應（yīng）該根據爐外精煉等熱工設備的（de）不同（tóng）部位使用條（tiáo）件（jiàn），合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響（xiǎng）

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精（jīng）煉（liàn）除去鋼中雜質及夾雜（zá）物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料中的遊（yóu）離CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等（děng）雜（zá）質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨（jìng）化鋼水的（de）功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料也適合用於（yú）冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延（yán）長爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗，研究（jiū）人員對白雲石質耐（nài）火材料進行了許多（duō）試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空（kōng）條件下容易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮發性是有影響的，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（liào）中加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火（huǒ）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（hán）量高（gāo）的高堿度渣（zhā），並且鋼水中溶解的（de）O含量盡可能要（yào）低。要使O含量低，就要選擇（zé）氧勢盡可能低的耐（nài）火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的（de）溶解度很小，而（ér）CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選（xuǎn）用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量（liàng）高即堿度高的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱（rè）震穩定（dìng）性（xìng）高、抗渣滲透性好（hǎo），特別是（shì）熔渣中（zhōng）SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生（shēng）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（wèn）題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱（rè）力學分（fèn）析認（rèn）為：要在1200℃下（xià）長期烘烤，充分排（pái）除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含（hán）量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中（zhōng）氧含量的影響：王龍光等人（rén）認為MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力學穩定性高，具有（yǒu）很低的氧平衡（héng）分壓，在鋼水中的溶解度很小，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（yǐng）響：田琳等人試驗研究（jiū）鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反應（yīng），檢驗鎂（měi）鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反（fǎn）應45min時，脫S效果更好，脫S率達（dá）70.12%；超（chāo）過45min，脫（tuō）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（hěn）必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量（liàng）的影響。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含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量（liàng）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（zēng）C。

耐火材（cái）料對鋼中H(氫)含量的（de）影響：耐火材料中的水（shuǐ）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（yǐng）響。連鑄過程（chéng）中，鋼包和（hé）中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導（dǎo）致吸H。對鋼包（bāo）、中間包烘烤，能有效地降（jiàng）低鋼水的吸H量。

耐火（huǒ）材料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響（xiǎng）：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造成（chéng）增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護（hù）套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此（cǐ）處增（zēng）N可達（15~30）×10-6。

耐火材料（liào）對鋼水（shuǐ）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潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的（de）情況下，隻有（yǒu）鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料能去除鋼水中的夾雜物，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（yǔ）鎂鈣耐火材料中的CaO反（fǎn）應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合（hé）物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物（wù）被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保（bǎo）護層，或者（zhě）從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來（lái）上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活（huó）性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究（jiū）3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性。試驗結果得出，CaO含量高的（de）白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能力（lì）比較強。燒（shāo）成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石（shí）磚具（jù）有更好的抗高堿度（dù）渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕（shí）和滲透比高堿度渣嚴重（chóng）得多。相（xiàng）對而言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕性明（míng）顯好於不燒（shāo）鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）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（tòu）。低堿度熔渣具有較（jiào）強的侵蝕（shí）和（hé）滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

鶴崗鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的（de）研究

鎂鈣碳磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成（chéng）鎂鈣磚種類複雜。除具備（bèi）鎂（měi）鈣（gài）磚的特性（xìng）外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定（dìng）性、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時取決於CaO及（jí）C的含量。CaO含量越高，抗剝（bāo）落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高（gāo），抗（kàng）渣（zhā）侵蝕和抗（kàng）剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究（jiū）：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分（fèn）別（bié）對鎂鈣（gài）碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗（yàn）結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）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（shí）較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中（zhōng）期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）中及被渣中（zhōng）∑FeO溶解，所以比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫（sūn）惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高（gāo）溫抗氧化性和（hé）熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力（lì）強；而且磚中的CaO有利於鋼水（shuǐ）的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火（huǒ）材料對潔淨鋼（gāng）的影響

潔淨鋼係（xì）指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少（shǎo），而且尺寸很小和形態得到控（kòng）製（zhì），合金元素成分精準（zhǔn）並且分布均勻，使鋼（gāng）材具有高性能（néng）、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的（de）整個過程中，耐火材料（liào）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）白雲石質即鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）能淨化鋼（gāng）水，除去鋼中的非（fēi）金屬夾雜物，而且不汙染環境。