徐（xú）平坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝的角度研究提（tí）高鋼（gāng）的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼（gāng）水的淨化作用，總是認為（wéi）耐火（huǒ）材料或多（duō）或少地會對鋼水產生汙染（rǎn）。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的（de）理論研究和實際試驗，得出鎂鈣（gài）質材料不但不（bú）汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且（qiě）也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益（yì）增（zēng）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（wù）原（yuán）料，煆燒後的理論組成為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲（yún）石質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

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的定型或不定形耐火材（cái）料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石（shí）與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響（xiǎng）鎂鈣質製品的高溫使（shǐ）用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水（shuǐ）化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔（róng）渣的能（néng）力越（yuè）強，高溫蠕變越大，抗剝落性能（néng）和脫硫、脫（tuō）磷的（de）效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此（cǐ），應該根據爐外（wài）精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂（měi）鈣質耐（nài）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（jìng）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，需要爐外精煉除去（qù）鋼中雜質（zhì）及夾雜物以及脫氣、調（diào）整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐（nài）火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除（chú）去雜質、淨化鋼水的功能。由於（yú）CaO的氧勢很低（dī），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、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低（dī）耐火材（cái）料消耗，研究人員對（duì）白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容（róng）易揮發，而CaO對MgO的（de）揮發性是有影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質（zhì）材料中加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合（hé）適。

鋼水中的（de）脫S反應中，要使鋼水S含量（liàng）低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水（shuǐ）中溶解的O含量（liàng）盡可能（néng）要低。要使O含量低，就要選擇（zé）氧（yǎng）勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下（xià）以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因（yīn）此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升（shēng）高不利於（yú）脫P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高即堿度高（gāo）的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物（wù）C2S或C3S,形成保護層（céng），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（jīng）煉，其H主要來（lái）自熔渣或精煉設（shè）備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為（wéi）：要在1200℃下長期（qī）烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等（děng）人認（rèn）為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，被認為（wéi）是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的（de）影響：田琳等人試驗研究鎂（měi）鈣磚與鋼水中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（fǎn）應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過（guò）45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼（gāng）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（kě）以盡（jìn）可能（néng）降低鋼包內襯的再氧化能力，另一（yī）方麵可以避免（miǎn）強還原條件下鋼包渣導致耐火材料（liào）的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加（jiā）才研（yán）究MgO—CaO質澆（jiāo）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（shí），鋼中P含量大幅度降低（dī），由原始的（de）0.1%降低到（dào）0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中（zhōng）P含量僅有小（xiǎo）幅度降低（dī）。

耐火材料對（duì）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（èr）次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料（liào）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（jié）劑會對鋼水中的H含（hán）量產生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中，鋼（gāng）包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機（jī）粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤（kǎo），能有效（xiào）地降低鋼水的（de）吸（xī）H量（liàng）。

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量（liàng）的（de）影響：傳統耐火（huǒ）材料N含量很低（dī），近年來氮化物在耐火（huǒ）材料中應用受到關注（zhù），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（chóng）要，連鑄的增N點就是長水（shuǐ）口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中（zhōng）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（yàn）表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火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（liàng）增加。Al2O3、SiO2等（děng）夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生（shēng）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（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣（gài）)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高熔（róng）點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵（miàn）上剝落（luò）下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣（gài）質耐火材料中的活性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3種不（bú）鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得（dé）出，CaO含量高的白雲（yún）石磚抗高堿度的AOD渣（zhā）侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致（zhì）密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚（zhuān）的侵蝕和滲透比（bǐ）高（gāo）堿度渣嚴重得多（duō）。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵（dǐ）抗（kàng）低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕能力（lì）好（hǎo）於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂（měi）鈣質材料（liào）具（jù）有良好的抵抗高堿度熔渣的侵（qīn）蝕和（hé）滲透能力，這是因（yīn）為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材（cái）料表層致密化而有效抑製熔渣（zhā）的（de）滲透。低（dī）堿度熔渣具有較強的（de）侵蝕（shí）和滲透能力（lì），主要是熔渣對基質的強（qiáng）溶蝕並滲透作用。

西（xī）青鎂磚之鎂（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（chéng）鎂鈣磚種類複雜。除（chú）具備鎂鈣磚的特性（xìng）外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更（gèng）好的真空（kōng）穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及（jí）C的含（hán）量。CaO含量（liàng）越高，抗剝落（luò）性能越（yuè）好（hǎo），淨化鋼水（shuǐ）的效果也越好；C含量（liàng）越高，抗渣侵蝕和抗剝落性（xìng）能越強。

鎂（měi）鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔（cuī）淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中（zhōng）期（qī）渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚（zhuān）的侵蝕進行實驗。實驗結果表（biǎo）明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最（zuì）嚴（yán）重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較輕，是因為在磚的（de）界麵上產生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別（bié）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（zhuān）侵（qīn）蝕（shí）嚴重。

孫惠章等人研究結果表（biǎo）明鎂白雲石碳磚高溫抗氧（yǎng）化性和熱震穩定性好，抗（kàng）酸（suān）性熔渣（zhā）能力強；而且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的（de）電爐爐（lú）襯。

白雲石質耐（nài）火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含量非（fēi）常少，非金屬夾雜物不僅數（shù）量少，而且尺寸（cùn）很小和形態得到控製，合金（jīn）元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼（gāng）水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火（huǒ）材料始終（zhōng）與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼（gāng）水或多或少總（zǒng）有些汙染，唯有白雲石質（zhì）即鎂鈣質耐（nài）火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾（jiá）雜物，而且不汙染環境。