徐平（píng）坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提（tí）高鋼的純淨度，沒有考慮（lǜ）與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火（huǒ）材（cái）料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通（tōng）過對白雲石質（鎂鈣（gài）質）耐火材料的理論研究和實際（jì）試驗，得（dé）出鎂鈣質（zhì）材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在（zài）AOD、VOD、精煉鋼包等（děng）爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特（tè）征

白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料（liào）。

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定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用（yòng）鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣（gài）質製品的高溫使用性能，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（kàng）高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫（tuō）硫、脫磷（lín）的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性（xìng）能越差。因（yīn）此，應該根據爐外精煉等熱工設備（bèi）的不同部位使用條件，合（hé）理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料（liào）對淨化鋼（gāng）水作用的影響

潔（jié）淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素（sù）及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴（yán）格（gé），需要爐外精煉除去（qù）鋼中雜質及（jí）夾雜物以及脫氣、調整（zhěng）化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材（cái）料中（zhōng）的遊離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有（yǒu）除去雜質、淨化（huà）鋼（gāng）水的功能。由於CaO的（de）氧勢很低（dī），鎂（měi）鈣質耐火材料也適合（hé）用於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶煉潔淨鋼、純淨鋼（gāng）、特（tè）殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延（yán）長爐襯壽命、降低（dī）耐火材料消耗，研究人（rén）員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好（hǎo）的結果。

MgO在真空條件下容易（yì）揮發，而CaO對MgO的揮發性（xìng）是有影響（xiǎng）的（de），含有10%～20%CaO（摩爾分數）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（jiàn）下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反（fǎn）應中，要使鋼水S含量（liàng）低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並（bìng）且鋼水（shuǐ）中溶解的O含量盡可能（néng）要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火（huǒ）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，因此，精煉設備應該選用（yòng）鎂（měi）鈣質（zhì）耐（nài）火材料。溫度（dù）升高不利於脫P，但鋼（gāng）包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震（zhèn）穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣（zhā）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（wù）C2S或C3S,形（xíng）成保護層，從（cóng）而抑製（zhì）熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精（jīng）煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添（tiān）加物。熱力學（xué）分析認為：要在1200℃下長期（qī）烘（hōng）烤，充分排（pái）除其中的水分（fèn），就不存在（zài）鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對（duì）鋼水性能的影響

耐（nài）火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人（rén）認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高（gāo），具（jù）有（yǒu）很低的氧平衡分（fèn）壓，在鋼水中的溶（róng）解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火（huǒ）材料對鋼中S的影響：田（tián）琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中（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45min時，脫S效果更好，脫（tuō）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脫S效果，使用白（bái）雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再（zài）氧化（huà）能力，另一方（fāng）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（yǐng）響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有（yǒu）小幅度降低。

耐火材料對鋼（gāng）水碳（tàn）含量（liàng）的（de）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（shǐ）用時，鋼水僅（jǐn）發生輕（qīng）微增（zēng）C。

耐火材料（liào）對鋼中H(氫)含量的影響（xiǎng）：耐（nài）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，鋼包和中間包（bāo）係（xì）統中使用保護套管保護主流時（shí），有機粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤（kǎo），能有效地（dì）降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含（hán）量的影響：傳統耐（nài）火材料N含量很低，近年來（lái）氮化物在（zài）耐火材料中（zhōng）應用受到（dào）關注，如Sialon分解對鋼水造成（chéng）增N。更大（dà）的增N量在（zài）鋼包與中間（jiān）包之間，保護套管非常重要，連鑄的（de）增N點就是長水口保護（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等（děng）人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼（gāng）鋼水潔淨化的（de）影響，實（shí）驗（yàn）表明：在反應（yīng）30min的情況下，隻（zhī）有鎂（měi）鈣質耐火材料能去（qù）除（chú）鋼水中的夾雜（zá）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（jiá）雜物可與鎂（měi）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（yòu），可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成（chéng）C2S(矽酸二鈣（gài）)和（hé）C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被（bèi）吸附鎂鈣質耐火材料表麵（miàn），形成保護層，或者從鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料表麵上剝（bāo）落下來上浮至保護（hù）渣層中；在（zài）鎂鈣質耐火材料（liào）中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人（rén）采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含（hán）量高的白雲石（shí）磚抗（kàng）高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強（qiáng）。燒成白雲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堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透（tòu）比高堿度（dù）渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕性（xìng）明顯好於不燒鎂（měi）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（měi）鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和（hé）滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材（cái）料表（biǎo）層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的（de）侵蝕和滲透（tòu）能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

蘭州鎂磚之鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及抗侵（qīn）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（gài）磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳（tàn）磚具有更好的真空穩定性、抗熱（rè）震性。鎂鈣碳磚的性能同（tóng）時取決於CaO及（jí）C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強（qiáng）。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵（qīn）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（jìn）行實驗。實驗結果（guǒ）表明：初期（qī）渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚（zhuān）產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因（yīn）為在磚（zhuān）的（de）界麵上產生了C2S保護（hù）層；可是中期渣和（hé）終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比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雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，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（tuō）P等，適合冶煉鋼的（de）電（diàn）爐（lú）爐襯。

白（bái）雲石質耐火材料對潔（jié）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（shǔ）夾雜（zá）物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得（dé）到控製，合金元（yuán）素成（chéng）分精（jīng）準並且分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過（guò）程中（zhōng），耐火材料始終與鋼（gāng）水接觸，一般耐火材料對鋼（gāng）水或多或少總有些汙染，唯有白雲（yún）石質即鎂鈣質耐（nài）火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不（bú）汙染環境。