徐（xú）平坤

以前（qián），從（cóng）煉鋼工藝的角度研究提高（gāo）鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料（liào）對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或（huò）多或少（shǎo）地會對鋼水（shuǐ）產生汙染。可（kě）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，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水（shuǐ），反而能淨化鋼（gāng）水，並且也不汙（wū）染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐（lú）外精煉裝置中應用日益增（zēng）加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料（liào），煆燒後的理論組成（chéng）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雲石質耐火材料、鎂白雲石質（zhì）耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白（bái）雲石質（zhì）耐（nài）火材料是指全部用煆燒或電熔（róng）的白（bái）雲石做原（yuán）料的定型或不定形耐火材料；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（huǒ）材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂（měi）鈣質製品的高溫（wēn）使用性能（néng），MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含（hán）量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力（lì）越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫（liú）、脫磷的（de）效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此（cǐ），應該根據爐外精（jīng）煉等熱（rè）工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化（huà）鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等（děng）對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求（qiú）嚴格，需要爐外精煉除去鋼（gāng）中雜（zá）質及夾（jiá）雜物以及脫氣、調整化學成分和（hé）均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與（yǔ）鋼水中的S、P等雜質反應（yīng），使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化（huà）鋼水的功能。由於CaO的氧勢很（hěn）低，鎂鈣質耐火材料也適合用（yòng）於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼等設備的耐火（huǒ）材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研（yán）究人員（yuán）對白雲石質耐火材料進行了（le）許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易（yì）揮發，而CaO對MgO的（de）揮發性是（shì）有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就（jiù）可使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（liào），在高溫真（zhēn）空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適（shì）。

鋼水中（zhōng）的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔（róng）渣必須是（shì）CaO含量高（gāo）的高堿度渣，並（bìng）且鋼水中溶解的O含量（liàng）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，Mg與Ca在高溫下以氣態存（cún）在，在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢（shì）也很小，因此，精（jīng）煉設備應該選用鎂（měi）鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高即堿度（dù）高的（de）熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐（nài）火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是（shì）熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中（zhōng）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（hán）量的問題，采用真（zhēn）空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯（chèn）耐火（huǒ）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，充分排除其中的水分（fèn），就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂（měi）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（xiǎng）：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料（liào）中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓（yā），在（zài）鋼水中的溶解（jiě）度很小，被認為是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣（gài）磚與鋼水中（zhōng）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（yīng）45min時，脫S效果更好（hǎo），脫S率達70.12%；超過（guò）45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很（hěn）必要的，這樣一方麵可以盡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件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

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。實驗結果表（biǎo）明：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量（liàng）大幅（fú）度（dù）降低，由原始的（de）0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低（dī）。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使（shǐ）用含C耐火材料，鋼水顯（xiǎn）著增C，當同一製品第二次使用時，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（huǒ）材料中（zhōng）的水分以及其中的有機粘（zhān）結劑會對鋼（gāng）水中（zhōng）的H含量（liàng）產生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程（chéng）中（zhōng），鋼（gāng）包和中間包係統中使（shǐ）用保（bǎo）護套管（guǎn）保護主流時，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吸H量。

耐火（huǒ）材料對鋼中（zhōng）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應用（yòng）受（shòu）到關注，如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造成（chéng）增N。更大的增（zēng）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（shì）長水口（kǒu）保護，此處增N可達（dá）（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、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線（xiàn）鋼鋼水潔（jié）淨化的影響，實驗表（biǎo）明（míng）：在（zài）反應30min的情況下，隻（zhī）有（yǒu）鎂鈣（gài）質耐火材料能去（qù）除鋼水（shuǐ）中的夾雜物，其餘的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火材料（liào）中的CaO反應，如（rú）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（dì）去除（chú）鋼中Al2O3夾雜物。CaO與（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者（zhě）從鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）表麵上剝落下來上浮至保護渣層（céng）中；在鎂鈣質耐（nài）火材料中（zhōng）的活性CaO含量越（yuè）高，吸附鋼水中（zhōng）夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐（nài）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種不（bú）鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。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（qīn）蝕（shí）和滲透能力比較強（qiáng）。燒成白雲石磚基質部分致密（mì）程度高，較不燒白（bái）雲石磚具有更好的抗高堿（jiǎn）度（dù）渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比（bǐ）高堿度渣嚴重（chóng）得多。相（xiàng）對而言，燒（shāo）成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性（xìng）明顯好於不燒鎂（měi）鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵抗低（dī）堿（jiǎn）度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂（měi）鈣（gài）質材料具有良（liáng）好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣（zhā）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（néng）力，主要是熔渣（zhā）對基質的強溶蝕並滲透作用。

樺甸鎂磚之鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚（zhuān）主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚（zhuān）種類複（fù）雜（zá）。除（chú）具備鎂鈣磚的（de）特性外，鎂鈣（gài）碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定（dìng）性、抗熱震性。鎂（měi）鈣碳磚的（de）性能同時（shí）取決於CaO及C的（de）含量。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。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期（qī）渣、中期渣和（hé）終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗（yàn）。實驗結果表明：初期渣（zhā）MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕較輕，是（shì）因為（wéi）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（sǔn）率反而分（fèn）別比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磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表（biǎo）明鎂白雲石碳磚高（gāo）溫抗氧（yǎng）化性和熱震穩（wěn）定性（xìng）好，抗酸性熔渣能力強；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（lú）爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼（gāng）中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常（cháng）少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小（xiǎo）和形態（tài）得（dé）到（dào）控製，合金元素（sù）成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品（pǐn）質。在（zài）鋼水從（cóng）冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火材料能（néng）淨化鋼水，除去鋼中的非金（jīn）屬夾雜物，而且（qiě）不汙染環境。