徐平（píng）坤

以（yǐ）前，從煉鋼工（gōng）藝（yì）的角度研究提高鋼的純淨度，沒（méi）有考慮與鋼水直接接觸的（de）耐火材料對（duì）鋼水的淨化作用，總是認為（wéi）耐（nài）火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣（gài）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，反而能淨化鋼水，並且也不（bú）汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等爐外（wài）精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然礦物原料，煆燒後的理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質（zhì）耐火材料主要包括白雲石質耐（nài）火材料、鎂白（bái）雲石質（zhì）耐火（huǒ）材料、鎂鈣（gài）質耐火材料。

其中，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（bú）定形耐火材（cái）料；鎂白（bái）雲石和鎂鈣質耐火（huǒ）材料是用（yòng）鎂石與白雲石（shí）合成的耐（nài）火材料。MgO、CaO含量的變化（huà）影響鎂（měi）鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和（hé）抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的（de）能力越（yuè）強（qiáng），高溫蠕變越大，抗剝落（luò）性能和脫硫、脫磷的（de）效果越好，但抗水化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工（gōng）設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐火材料中（zhōng）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（duì）鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含（hán）量要求嚴格，需要爐外精（jīng）煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化（huà）等。鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）中的遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中（zhōng）的S、P等雜質反應，使（shǐ）其轉移到爐渣中，具（jù）有除去雜質、淨化（huà）鋼（gāng）水的（de）功能。由於CaO的氧勢（shì）很（hěn）低（dī），鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）也適合用於（yú）冶煉低氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶煉潔淨鋼、純（chún）淨鋼、特（tè）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、降低耐火材料消耗，研究人員對白（bái）雲石質耐（nài）火材料進行了許多試驗研究，取得（dé）了很好的結果。

MgO在真空（kōng）條件下（xià）容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩（mó）爾分（fèn）數（shù））就可使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，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要（yào）使鋼水S含量低（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含量盡（jìn）可（kě）能要低。要使O含量低，就要（yào）選擇氧勢盡（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（de）氧勢也很小（xiǎo），因此，精煉設（shè）備應該選用鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含（hán）量高的鎂鈣質（zhì）耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的熱震穩定（dìng）性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高（gāo）熔點化合物C2S或C3S,形成（chéng）保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其（qí）H主要來自熔渣或精煉（liàn）設備內襯耐火材料的水分及有（yǒu）機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除（chú）其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐（nài）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CaO熱力學穩（wěn）定（dìng）性（xìng）高，具有很低的氧平衡（héng）分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止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磚與（yǔ）鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果（guǒ）。結果（guǒ）表明：在1600℃下，反應（yīng）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（xiàng）。為了使鋼（gāng）包獲得有（yǒu）效的脫S效果，使用白雲石質（zhì）鋼包內襯是很必要的，這樣一（yī）方麵可以盡可（kě）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（huǒ）材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料（liào）對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當（dāng）澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量（liàng）大幅度降低，由原始的0.1%降低（dī）到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅（jǐn）有小幅度降低（dī）。

耐火材料對鋼水（shuǐ）碳含（hán）量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增（zēng）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的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼（gāng）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、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸（xī）H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物（wù）在耐火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（zhōng）間包之間，保（bǎo）護套管非常重（chóng）要，連鑄的增N點就是長水口（kǒu）保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影（yǐng）響：田琳等（děng）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，實驗表明（míng）：在反應30min的（de）情況（kuàng）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（shù）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（yǔ）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Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附（fù）鎂鈣質耐火材料表麵（miàn），形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下（xià）來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的（de）活性CaO含量越（yuè）高，吸附鋼水中夾雜物的能力（lì）越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）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（gài）磚的抗（kàng）渣性。試（shì）驗結（jié）果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵（qīn）蝕和滲透能力比（bǐ）較強。燒成白雲（yún）石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高（gāo）堿度渣侵蝕性。堿度較（jiào）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，燒成的鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕性明（míng）顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質（zhì）材料具有良好的抵抗高堿度（dù）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（zhā）的滲透。低堿度（dù）熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是熔渣（zhā）對基質（zhì）的強（qiáng）溶蝕並（bìng）滲透（tòu）作用。

嘉定鎂磚之鎂鈣（gài）碳（tàn）磚的（de）性能及抗侵（qīn）蝕的研（yán）究（jiū）

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性能（néng）越（yuè）好，淨化鋼水（shuǐ）的效果也越好；C含量越高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝落（luò）性能越強。

鎂（měi）鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔（cuī）淑賢等人采用煉鋼轉爐的（de）初期渣（zhā）、中期渣（zhā）和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進（jìn）行實驗。實驗（yàn）結果表明（míng）：初期渣（zhā）MgO—C磚蝕（shí）損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為MgO—C磚產生結（jié）構剝落，蝕損（sǔn）最嚴重（chóng）；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕較輕（qīng），是（shì）因為在磚的界麵上（shàng）產生了C2S保（bǎo）護層（céng）；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕（shí）損率反而分（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（yǐ）比（bǐ）MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究（jiū）結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗（kàng）氧化性和熱震穩定性好（hǎo），抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水（shuǐ）的脫O、脫S、脫（tuō）P等，適合冶煉鋼（gāng）的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔（jié）淨鋼的影響

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