徐平坤

以（yǐ）前，從煉鋼工藝（yì）的角度研究提高鋼的純淨度（dù），沒有考慮與鋼水直接接觸（chù）的（de）耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或（huò）多或少地會對鋼水產生汙（wū）染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不（bú）但（dàn）不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且（qiě）也不汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲（yún）石與鎂鈣質（zhì）耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦（kuàng）物原料，煆燒後（hòu）的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為（wéi）1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括（kuò）白雲石（shí）質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐（nài）火（huǒ）材料是（shì）指全部用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（shí）和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性（xìng）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熔渣的能力越強，高溫蠕變越（yuè）大，抗剝落性能和脫硫、脫磷（lín）的效果越好，但抗水化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因（yīn）此，應該根據爐外精煉等熱（rè）工設備的不同部位使用條件，合理選擇（zé）鎂鈣質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐火材料對淨化鋼水作用的影響

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，需要爐外精煉除（chú）去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均（jun1）勻化等。鎂鈣質耐（nài）火材料中的遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的（de）S、P等雜質反應，使其轉移（yí）到爐（lú）渣中（zhōng），具有除去雜質、淨（jìng）化鋼水的功能。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（jīng）煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼等設備的耐（nài）火材料。近年來，為（wéi）了淨化鋼水、延（yán）長爐襯壽命、降（jiàng）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（dé）了很好的結果（guǒ）。

MgO在真空條件下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發性（xìng）是有影（yǐng）響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對（duì）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，在高溫真空（kōng）條（tiáo）件下使用比純MgO質耐火材料更（gèng）合適（shì）。

鋼水中的（de）脫S反（fǎn）應中，要（yào）使鋼水S含量低，熔渣必（bì）須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼（gāng）水中（zhōng）溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢（shì）盡（jìn）可（kě）能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），而CaO的氧勢也很小（xiǎo），因（yīn）此，精煉設備（bèi）應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼（gāng）包中采用CaO含（hán）量高即堿度高（gāo）的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質（zhì）耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特（tè）別是熔渣中SiO2滲（shèn）入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點（diǎn）化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題（tí），采用真空精煉，其H主要來自（zì）熔渣或精煉設備內襯耐火材（cái）料的水分及有機添加物。熱力學分（fèn）析認為：要在1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充分排除其（qí）中的（de）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（huǒ）材（cái）料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材（cái）料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低（dī）的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，被認為是（shì）防止鋼水增氧的有效（xiào）材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田（tián）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（liào）的脫（tuō）S效果。結果表明（míng）：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。為了使鋼包獲得有效的（de）脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯（chèn）是很必要的（de），這樣一方麵可以（yǐ）盡可能降低（dī）鋼包內襯的再氧化能（néng）力，另一方麵（miàn）可（kě）以（yǐ）避免強還原條件下鋼包渣導（dǎo）致耐火材料的過度消耗。

耐（nài）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含量的（de）影響。實驗結果表（biǎo）明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含（hán）量（liàng）大幅度降低，由原（yuán）始的（de）0.1%降低到（dào）0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅（jǐn）有小（xiǎo）幅（fú）度降低（dī）。

耐火材（cái）料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當（dāng）同一製品第二次使（shǐ）用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增C。

耐（nài）火材（cái）料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料（liào）中的水分以及其中的有（yǒu）機粘結劑會對鋼水中的（de）H含量產生顯著（zhe）影響。連鑄過程中（zhōng），鋼包和中間包係統中使用保（bǎo）護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中（zhōng）間包（bāo）烘烤，能有效地（dì）降低鋼水（shuǐ）的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮（dàn）)含（hán）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Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量（liàng）在鋼包（bāo）與中間包之間（jiān），保護套管非常重要（yào），連鑄的（de）增N點就是（shì）長水（shuǐ）口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物（wù）的影響：田琳等人研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐（nài）火材（cái）料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：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（yú）的（de）堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐（nài）火材料中的CaO反（fǎn）應（yīng），如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合（hé）物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點化合物被（bèi）吸附鎂鈣（gài）質耐火材料表麵，形成保護（hù）層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量（liàng）越高，吸附（fù）鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料的抗（kàng）侵蝕性能（néng）：梁義兵等人（rén）采用靜態坩堝（guō）法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚（zhuān）的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣（zhā）侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚（zhuān）基質部分致密程（chéng）度（dù）高，較不燒白雲石（shí）磚具有更好的抗高堿度渣（zhā）侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣（zhā）對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的（de）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。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。

常德鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要（yào）性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣（gài）碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、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（néng）越好，淨化鋼水的效果也越好；C含（hán）量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔（cuī）淑賢等人采用煉鋼轉爐的初（chū）期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗（yàn）結果表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生結（jié）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（shì）中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）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（róng）解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫（sūn）惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳（tàn）磚高溫抗氧化性和熱震穩定（dìng）性好，抗酸性熔渣能力（lì）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（gāng）的電爐爐襯（chèn）。

白雲石質耐火材料（liào）對（duì）潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量（liàng）非常少，非（fēi）金屬（shǔ）夾雜物不僅數量少，而且尺寸很（hěn）小和（hé）形態得到控製，合金元素成（chéng）分精準並且分布（bù）均勻，使鋼（gāng）材具有（yǒu）高性能、高品質。在鋼（gāng）水從冶煉到（dào）精煉（liàn）的整（zhěng）個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多（duō）或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐（nài）火材料能淨化（huà）鋼水，除去鋼中的（de）非金屬（shǔ）夾（jiá）雜物，而（ér）且不汙染環境。