徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提（tí）高鋼的純淨度，沒有考慮與（yǔ）鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材料對鋼水的淨化（huà）作用，總是認為耐火材料（liào）或多或少地會對鋼水產（chǎn）生汙（wū）染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理論研究和實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙（wū）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。

白雲石與鎂鈣質耐火材料（liào）的特（tè）征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，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（měi）鈣質耐火材料。

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定（dìng）形耐火材料；鎂白雲石和鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）是用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，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，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，合理選擇鎂鈣質耐火材（cái）料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）火材料對淨化（huà）鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼等對鋼中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格（gé），需要爐（lú）外精（jīng）煉除去鋼中（zhōng）雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐（nài）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（dào）爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能（néng）。由（yóu）於CaO的氧勢很低（dī），鎂（měi）鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特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（jiū）人員（yuán）對白雲石質耐火材料進行（háng）了許多試（shì）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10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相（xiàng）對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定（dìng）量的CaO製成（chéng）MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高溫（wēn）真空條件下（xià）使用比純MgO質耐（nài）火材料（liào）更（gèng）合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含（hán）量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的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，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的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不（bú）利於脫P，但鋼包中采（cǎi）用CaO含量高即堿度高（gāo）的熔渣有利（lì）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（gài）質耐火材料的熱震穩（wěn）定性高、抗渣滲透性（xìng）好，特（tè）別是熔（róng）渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐（nài）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（shèn）透。

關於H含量的問題（tí），采用真空精煉（liàn），其H主要來自（zì）熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充分排除其中的水分，就不存（cún）在鋼水中（zhōng）氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光（guāng）等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧（yǎng）平衡（héng）分壓，在鋼水中（zhōng）的溶解度很（hěn）小，被認為是防止鋼（gāng）水增氧的有效材料。

耐（nài）火材料（liào）對鋼中（zhōng）S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應（yīng），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（gèng）好，脫S率（lǜ）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（xiào）的脫S效果，使用白雲（yún）石質鋼包內（nèi）襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能（néng）降低鋼包內（nèi）襯（chèn）的再氧化能力（lì），另一方麵（miàn）可以（yǐ）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（guǒ）表明：當澆注料中w（CaO）為（wéi）25%時，鋼中P含（hán）量大幅度降（jiàng）低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含（hán）量，鋼中（zhōng）P含量僅有小（xiǎo）幅度降低。

耐火材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，當同一（yī）製品（pǐn）第二次（cì）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（hán）量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套（tào）管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中（zhōng）間包烘烤，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：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐（nài）火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造（zào）成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之（zhī）間，保（bǎo）護套管非常重（chóng）要，連鑄（zhù）的增N點就是（shì）長水口保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水（shuǐ）中夾雜物的影響：田琳（lín）等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼（gāng）鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況（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量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂（měi）鈣（gài）耐火材（cái）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，可（kě）有（yǒu）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鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表（biǎo）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含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料的抗侵蝕性能：梁（liáng）義（yì）兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣（zhā）性。試（shì）驗結果得出，CaO含量高的白雲（yún）石（shí）磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒（shāo）白雲石磚具有更好的（de）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比（bǐ）高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕性明顯好於（yú）不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量（liàng）低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料（liào）具（jù）有良好的抵抗高（gāo）堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料（liào）作用析（xī）出C3S，使（shǐ）材料表層致密化而有效（xiào）抑製（zhì）熔渣的滲透。低（dī）堿度（dù）熔渣具有較強的侵蝕（shí）和滲透能力，主要是熔渣對基質的（de）強溶蝕並滲透作用。

龍潭鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的（de）性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂（měi）鈣磚（zhuān）種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳（tàn）磚具（jù）有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及（jí）C的含量。CaO含量越（yuè）高，抗剝落（luò）性能越（yuè）好（hǎo），淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵（qīn）蝕和（hé）抗剝落（luò）性（xìng）能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑（shū）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（tàn）磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較輕（qīng），是因為在磚的界（jiè）麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終（zhōng）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（wēn）中及被渣中∑FeO溶解，所以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人（rén）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（kàng）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P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對（duì）潔淨（jìng）鋼的影（yǐng）響

潔淨鋼係（xì）指（zhǐ）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，而且尺寸很小（xiǎo）和形態得到控製，合金元（yuán）素成分精準並且（qiě）分布均勻，使鋼（gāng）材具有高性能、高品質。在鋼水從冶（yě）煉到精煉的整個過程中（zhōng），耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對（duì）鋼水或多或少（shǎo）總有些汙染，唯有（yǒu）白雲石質即鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬（shǔ）夾雜物，而且不汙染環境。