徐平（píng）坤

以前，從煉鋼（gāng）工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮（lǜ）與鋼水（shuǐ）直接（jiē）接觸的耐火材（cái）料對鋼（gāng）水的淨化作用，總是認為耐（nài）火材（cái）料（liào）或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對（duì）白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂（měi）鈣（gài）質材料不（bú）但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等（děng）爐外（wài）精煉裝置中應（yīng）用日益增加（jiā）。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦（kuàng）物（wù）原料，煆燒後的理（lǐ）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白（bái）雲石質耐火（huǒ）材料（liào）、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材（cái）料。

其（qí）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的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火（huǒ）材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化（huà）影響鎂鈣質製品的高溫（wēn）使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔（róng）渣的能力越強，高溫（wēn）蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該（gāi）根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件（jiàn），合理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜（zá）質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格（gé），需（xū）要爐外精煉（liàn）除去鋼中雜質及夾（jiá）雜物以及脫（tuō）氣、調整化學成（chéng）分和均勻化等。鎂鈣（gài）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，具有除去雜（zá）質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶煉低（dī）氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設（shè）備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材（cái）料消耗，研（yán）究人員對白雲石質（zhì）耐火材料進行（háng）了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩（mó）爾分數）就可使（shǐ）MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫（tuō）S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量（liàng）高的高堿度渣，並且鋼水（shuǐ）中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態存在（zài），在鋼水中的溶解度很小，而CaO的（de）氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材（cái）料。溫度升高不（bú）利於脫P，但鋼包（bāo）中采用（yòng）CaO含量高（gāo）即（jí）堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣質耐火材料同樣（yàng）也有利脫（tuō）P。

鎂鈣質耐火材（cái）料的熱震穩定性高、抗渣（zhā）滲透（tòu）性好，特別是熔渣中SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層（céng），從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的（de）問題，采用真空精煉，其H主要來自（zì）熔渣或精煉（liàn）設備內（nèi）襯耐火材料的水分及有（yǒu）機添加物（wù）。熱力學分析認為：要在（zài）1200℃下長期烘烤（kǎo），充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含（hán）量增高（gāo）問（wèn）題。

鎂鈣質耐火材料（liào）對鋼水性能（néng）的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中（zhōng）的CaO熱力學穩定性高，具（jù）有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度（dù）很小，被認為是防止鋼水增（zēng）氧的有效材料。

耐火材料（liào）對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚（zhuān）與鋼水（shuǐ）中S的反應（yīng），檢驗鎂鈣質（zhì）耐火材料的脫S效（xiào）果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫S率（lǜ）降低，出現“回S”現象。為（wéi）了（le）使鋼（gāng）包獲得有效的（de）脫S效果，使（shǐ）用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵（miàn）可以盡（jìn）可能降低鋼包內襯（chèn）的再氧化能力，另一方麵可以避免強還（hái）原條件下鋼包渣導致耐火（huǒ）材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量（liàng）的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響（xiǎng）。實驗結果表明：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含（hán）量大幅度降低（dī），由原始的0.1%降低到0.01%，進一步（bù）提（tí）高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅有小幅度降低。

耐火（huǒ）材料對鋼水（shuǐ）碳（tàn）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（shí），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（qí）中的有機粘結劑會對鋼水（shuǐ）中的H含量產生顯著影（yǐng）響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保（bǎo）護套管保護（hù）主流時，有機粘結劑導致（zhì）吸H。對鋼包、中間（jiān）包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材（cái）料（liào）N含量很低，近年來氮化（huà）物在耐火材料中（zhōng）應（yīng）用受到關注，如Sialon分解（jiě）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（zēng）N點就（jiù）是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火（huǒ）材料（liào）對鋼水中夾雜物的影（yǐng）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（zhī）有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其（qí）餘的（de）堿性耐火材料均使鋼（gāng）水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等（děng）夾雜（zá）物可與鎂鈣耐火材（cái）料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合（hé）物，熔點約為1400℃左右，可（kě）有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二鈣（gài）)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形（xíng）成保護層，或者從鎂鈣質耐火材（cái）料表麵上剝落下來上浮至保（bǎo）護渣層中；在鎂鈣質（zhì）耐火材料中的活性CaO含（hán）量越高，吸附（fù）鋼水中（zhōng）夾雜物的能力越強。

鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研（yán）究3種不鏽鋼冶（yě）煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性。試（shì）驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度（dù）的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能力比較強（qiáng）。燒成（chéng）白雲石磚基質部分致密程度高，較不（bú）燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴（yán）重得多。相對而言，燒成的鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度（dù）渣（zhā）侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂（měi）鈣（gài）磚（zhuān）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（de）侵蝕和滲透能力，這是因為（wéi）渣與鎂鈣材料作用析（xī）出（chū）C3S，使材料表（biǎo）層致密（mì）化而有效抑製熔渣的（de）滲透。低堿度熔渣具有較（jiào）強（qiáng）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。

杭州鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵（qīn）蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較燒成（chéng）鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好的真（zhēn）空穩定性、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時取決於CaO及C的（de）含（hán）量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的（de）效（xiào）果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強（qiáng）。

鎂鈣碳（tàn）磚（zhuān）的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產生結構（gòu）剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為（wéi）在磚的界麵上產生了C2S保（bǎo）護層；可是中（zhōng）期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別（bié）比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因為其在（zài）高溫中及被（bèi）渣中∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白（bái）雲石碳磚高溫抗氧化（huà）性和熱震穩定性好，抗酸（suān）性（xìng）熔渣能（néng）力強；而且磚中（zhōng）的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫（tuō）P等，適合（hé）冶（yě）煉（liàn）鋼（gāng）的電爐（lú）爐襯（chèn）。

白（bái）雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺（chǐ）寸很小和形態得到（dào）控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼（gāng）材具有高性能、高品（pǐn）質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過（guò）程中，耐（nài）火材料始終與鋼水接觸，一般耐（nài）火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即（jí）鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除（chú）去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染（rǎn）環境（jìng）。