徐（xú）平坤

以前，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（rèn）為耐火材料或（huò）多或少地會對鋼水產生汙染。可（kě）是通過對（duì）白雲石質（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能（néng）淨化鋼（gāng）水，並且也不（bú）汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等（děng）爐外精煉（liàn）裝置中應用日益增加。

白雲（yún）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（hòu）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（bāo）括白雲（yún）石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材（cái）料、鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）。

其中，白雲（yún）石質耐火材料是指全部用（yòng）煆燒（shāo）或電熔的白雲石做原料的定型或（huò）不定形耐（nài）火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用（yòng）鎂（měi）石與白雲石（shí）合成的耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）的變化影（yǐng）響鎂鈣質製品的高（gāo）溫使用性能，MgO含量越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越（yuè）高，抗（kàng）高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越（yuè）大，抗（kàng）剝落（luò）性能（néng）和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越差。因（yīn）此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲石質耐（nài）火材料（liào）對淨化鋼水作用的影響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼等（děng）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（xū）要爐外精（jīng）煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化（huà）學（xué）成分和均勻化等。鎂鈣質耐火（huǒ）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（dào）爐（lú）渣中，具有除去雜質（zhì）、淨（jìng）化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材（cái）料也適合用於冶煉低氧鋼（gāng），是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼（gāng）等設（shè）備的（de）耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延（yán）長爐襯壽命、降低耐火材（cái）料消耗，研究人員對白雲石質耐火（huǒ）材（cái）料進行（háng）了許多（duō）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（de）揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就（jiù）可使MgO相對揮（huī）發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一（yī）定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適（shì）。

鋼水（shuǐ）中（zhōng）的脫S反應（yīng）中，要使鋼水S含量（liàng）低（dī），熔渣必（bì）須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含（hán）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（cái）料，Mg與Ca在高溫下以（yǐ）氣（qì）態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢（shì）也很小，因此，精煉（liàn）設備應該（gāi）選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高（gāo）即堿度高（gāo）的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質（zhì）耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料（liào）的熱震穩定（dìng）性（xìng）高、抗渣滲透（tòu）性（xìng）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C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量（liàng）的問（wèn）題，采（cǎi）用真空精煉，其H主（zhǔ）要來自熔渣或精煉設備內襯耐（nài）火材料的水分及有（yǒu）機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充（chōng）分排除其（qí）中的水分，就不（bú）存在鋼（gāng）水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼（gāng）水（shuǐ）性能的影響

耐火材料對鋼中氧含（hán）量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力學穩定性高，具（jù）有（yǒu）很低的氧平（píng）衡分壓，在鋼水中的溶解度（dù）很小，被認（rèn）為是防止鋼水增氧（yǎng）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磚（zhuān）與鋼（gāng）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“回（huí）S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用（yòng）白雲石質鋼包內襯是很必要的，這（zhè）樣一（yī）方麵可以盡可能降（jiàng）低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免（miǎn）強還原條件下鋼包（bāo）渣（zhā）導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影（yǐng）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（jiāo）注料中（zhōng）w（CaO）為（wéi）25%時（shí），鋼中P含量大（dà）幅度降低，由原（yuán）始的0.1%降低到0.01%，進一步提（tí）高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水（shuǐ）碳含量的影響：實（shí）驗（yàn）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（shǐ）用時，鋼水僅發（fā）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（jī）粘結劑會對鋼（gāng）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用保護套管保護主流（liú）時，有機粘結劑導致吸H。對（duì）鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的（de）吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統（tǒng）耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火（huǒ）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（chù）增（zēng）N可達（15~30）×10-6。

耐火（huǒ）材（cái）料對（duì）鋼水中夾雜物（wù）的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材（cái）料對管線（xiàn）鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響（xiǎng），實驗表（biǎo）明：在反應30min的情況下，隻有鎂（měi）鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其（qí）餘的堿性耐火材（cái）料均使（shǐ）鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，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（shēng）成C2S(矽（guī）酸二鈣)和（hé）C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）表（biǎo）麵上（shàng）剝落下來（lái）上浮至（zhì）保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附（fù）鋼水中（zhōng）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種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白（bái）雲石磚抗高（gāo）堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較（jiào）強。燒成白（bái）雲石磚基質部分致密程度（dù）高，較不燒白雲（yún）石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿（jiǎn）度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成（chéng）的（de）鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於（yú）不燒鎂鈣磚，CaO含量高的（de）燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料（liào）具（jù）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（xī）出C3S，使材料表層致密化而有效（xiào）抑製熔（róng）渣的（de）滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔（róng）渣（zhā）對基（jī）質的強溶蝕並滲透作用。

楊浦鎂（měi）磚之鎂鈣碳磚的（de）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。除具備鎂鈣磚的特（tè）性外（wài），鎂鈣（gài）碳磚比鎂碳磚具有更好（hǎo）的（de）真空穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂（měi）鈣（gài）碳（tàn）磚的性（xìng）能同時取決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果（guǒ）也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉（zhuǎn）爐的初期渣、中期渣和終期渣（zhā）分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實（shí）驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生結構（gòu）剝落，蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕（qīng），是因為在磚（zhuān）的界麵上產生了C2S保（bǎo）護層；可是中期渣和終期渣（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕（shí）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（zhā）中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵（qīn）蝕嚴重（chóng）。

孫惠章等人（rén）研究結果表明鎂（měi）白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性（xìng）熔渣能力強；而且磚中的（de）CaO有（yǒu）利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材（cái）料對潔（jié）淨鋼（gāng）的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜（zá）物不（bú）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，使鋼材具有高性能（néng）、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）水或多或少（shǎo）總有些（xiē）汙染（rǎn），唯有白雲（yún）石質即鎂（měi）鈣質耐火材料能淨化（huà）鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而（ér）且不汙染環境。