徐平坤

以（yǐ）前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接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產生汙染。可是通（tōng）過對白雲石質（鎂（měi）鈣質）耐火（huǒ）材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料（liào）不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼（gāng）水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包（bāo）等（děng）爐外精煉裝置（zhì）中應用日益（yì）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，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括（kuò）白雲石質耐火材（cái）料、鎂白雲石（shí）質耐火材料、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（měi）鈣（gài）質耐火（huǒ）材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使（shǐ）用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）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（biàn）越大，抗剝落性能和脫（tuō）硫、脫磷（lín）的效果越好，但抗水化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應（yīng）該根據爐（lú）外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇（zé）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

潔淨鋼、特殊鋼等（děng）對鋼中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去（qù）鋼（gāng）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（yì）與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中（zhōng），具有除去雜（zá）質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料也適（shì）合用（yòng）於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等（děng）設備的（de）耐（nài）火材料。近年（nián）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進行了許多試驗研究，取得了很好的結（jié）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，含有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中（zhōng）加入一定量（liàng）的CaO製成（chéng）MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用（yòng）比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的（de）脫S反應中，要使鋼水S含量低（dī），熔（róng）渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且（qiě）鋼水中溶解的O含量盡可（kě）能（néng）要（yào）低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的（de）耐（nài）火材料，Mg與Ca在（zài）高溫下（xià）以（yǐ）氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而（ér）CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂（měi）鈣質耐火材料。溫（wēn）度升高不（bú）利於脫P，但（dàn）鋼包中采用CaO含量（liàng）高即堿度高的熔渣（zhā）有利脫P，因此，用CaO含（hán）量高的鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料（liào）同樣也有利（lì）脫P。

鎂鈣質耐火材（cái）料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點（diǎn）化合（hé）物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的（de）滲透。

關（guān）於H含量的問題，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。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除（chú）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（liào）對鋼中氧含量的影響（xiǎng）：王龍光等人認為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中的CaO熱力學穩（wěn）定性高，具有很低的氧（yǎng）平衡分壓，在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效（xiào）材料（liào）。

耐火材料對鋼中S的影響（xiǎng）：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為（wéi）了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內（nèi）襯是很必要的，這樣一方（fāng）麵可以盡（jìn）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（tiáo）件（jiàn）下鋼包渣（zhā）導致耐火材料的過度消（xiāo）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（gāng）中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量（liàng）大幅度降低，由原始的（de）0.1%降低到0.01%，進一步（bù）提高CaO含量，鋼中P含量僅（jǐn）有小幅度降低。

耐火（huǒ）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（zhe）增C，當同一製品第二次使用（yòng）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（zhōng）的有機粘結劑會對鋼水中（zhōng）的H含量（liàng）產生顯著（zhe）影響。連鑄過（guò）程中（zhōng），鋼包和中間包係統中使用保護套（tào）管保護主流時，有（yǒu）機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼（gāng）水的吸H量。

耐（nài）火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中（zhōng）應用受到關注，如（rú）Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量（liàng）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，此處增（zēng）N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜（zá）物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂（měi）鋁、鎂鉻（gè）耐火材料對管（guǎn）線鋼（gāng）鋼水潔淨化的影響（xiǎng），實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂（měi）鈣質耐火材料能去除鋼（gāng）水中的夾雜物，其餘的堿（jiǎn）性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂（měi）鈣（gài）耐火材料（liào）中的CaO反（fǎn）應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合物（wù），熔點約為1400℃左右（yòu），可（kě）有效地去除（chú）鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣（gài）)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被（bèi）吸（xī）附鎂（měi）鈣質耐火材料表麵，形（xíng）成保護層，或者（zhě）從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至（zhì）保護渣層中；在鎂鈣質（zhì）耐火材料中的活性CaO含（hán）量越高，吸（xī）附鋼水（shuǐ）中（zhōng）夾雜物的能（néng）力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵（qīn）蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種（zhǒng）不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂鈣磚的抗渣性（xìng）。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗（kàng）高堿度的AOD渣侵蝕和滲透（tòu）能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程（chéng）度高，較不燒白雲石磚（zhuān）具有更好的抗高堿度渣侵（qīn）蝕性（xìng）。堿度較低（dī）的VOD爐渣對三種（zhǒng）磚的侵蝕和（hé）滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性（xìng）明顯好（hǎo）於不燒鎂鈣磚，CaO含量（liàng）高（gāo）的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕能力好於CaO含（hán）量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔（róng）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（biǎo）層致密化而有效抑（yì）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作用。

遼源鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣（gài）磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有（yǒu）更（gèng）好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性（xìng）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（xiào）果也越（yuè）好；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗剝落性能越強（qiáng）。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉（liàn）鋼轉爐的（de）初期渣、中（zhōng）期（qī）渣和終期渣分（fèn）別（bié）對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的（de）侵蝕（shí）進行實驗。實驗結果表明：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（de）蝕損率反而分別比MgO—C磚高（gāo）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（huì）章等人研究結果表明鎂白（bái）雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性（xìng）熔（róng）渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐（lú）襯。

白雲石質耐火材料（liào）對潔淨鋼的影響

潔（jié）淨鋼係指鋼（gāng）中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常（cháng）少，非（fēi）金屬夾（jiá）雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金（jīn）元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高（gāo）性能、高品質。在（zài）鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水（shuǐ）接觸，一般（bān）耐火材料對鋼水（shuǐ）或多或少（shǎo）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（huán）境。