徐平坤（kūn）

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材料對鋼水的（de）淨化作用，總是認為耐火材料或多或少（shǎo）地會對鋼水產（chǎn）生汙（wū）染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究（jiū）和實際試驗，得出鎂鈣質材料不（bú）但不（bú）汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置（zhì）中應用日益（yì）增（zēng）加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特（tè）征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的（de）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（zhì）耐火材料、鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）。

其（qí）中，白雲（yún）石質耐火材料是指全部（bù）用煆燒或電（diàn）熔的白雲石做原料的（de）定型（xíng）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（chéng）的耐火材料。MgO、CaO含量的（de）變化影響鎂鈣質製品（pǐn）的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水（shuǐ）化能力越強；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高溫蠕變越大（dà），抗剝落性能和脫硫、脫（tuō）磷的效果越好，但（dàn）抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能越差。因此，應（yīng）該（gāi）根據（jù）爐外精煉等熱工設備的不同部位使（shǐ）用條（tiáo）件，合理選擇鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼等對鋼（gāng）中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需（xū）要爐外精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等。鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的遊離CaO，易與鋼水中（zhōng）的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水（shuǐ）的功能。由（yóu）於CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂鈣質（zhì）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（tè）殊（shū）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，研究人員對白雲石質耐（nài）火材料進行了許多試驗研究（jiū），取得了（le）很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發（fā）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質材料中加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下（xià）使用比（bǐ）純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿（jiǎn）度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡（jìn）可能要低。要（yào）使O含量（liàng）低，就要選擇氧（yǎng）勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在（zài）高溫下以氣（qì）態存在，在鋼水中的（de）溶解度很小（xiǎo），而CaO的氧勢也很小，因（yīn）此，精煉設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於（yú）脫P，但鋼包中采用CaO含（hán）量高即（jí）堿度高的熔渣有（yǒu）利脫P，因此，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穩定性高、抗渣滲透（tòu）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（chéng）高熔（róng）點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製（zhì）熔渣的滲透（tòu）。

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

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對鋼水性能的影響

耐火材料對（duì）鋼中氧含量的影響：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（hěn）低的氧平衡分壓，在鋼水中的（de）溶解度（dù）很小，被（bèi）認為是（shì）防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的（de）影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果（guǒ）。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出現“回S”現（xiàn）象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣（yàng）一方麵（miàn）可以（yǐ）盡可能（néng）降低鋼包（bāo）內襯的（de）再（zài）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（cái）料的過度消耗。

耐火材料（liào）對（duì）鋼中P含量的（de）影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注（zhù）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%降低到0.01%，進一步（bù）提高CaO含量，鋼中P含量僅有小（xiǎo）幅度降低。

耐火材料對鋼水（shuǐ）碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製（zhì）品第二次使（shǐ）用時，鋼水僅發生輕微（wēi）增C。

耐（nài）火（huǒ）材料對鋼中H(氫)含（hán）量（liàng）的影響：耐火材料中的水分（fèn）以及其中的有機（jī）粘結劑會對鋼水中的（de）H含量產生顯（xiǎn）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（hù）主流時，有機（jī）粘結（jié）劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤（kǎo），能有效地降低鋼水的（de）吸H量。

耐火材料對鋼（gāng）中N(氮)含量的（de）影響：傳統耐火材料N含量很低（dī），近年來氮化物在耐火材料中應用受到（dào）關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間（jiān），保護套管（guǎn）非常（cháng）重要，連鑄的增N點就（jiù）是長水（shuǐ）口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火（huǒ）材料對鋼水中夾雜物的影響（xiǎng）：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水（shuǐ）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（shuǐ）中的夾雜（zá）物，其餘的堿性耐火材料均使（shǐ）鋼水夾雜（zá）物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂（měi）鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合化合物（wù），熔點（diǎn）約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應（yīng）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（měi）鈣質耐火材料表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。

鎂鈣質耐（nài）火材料的抗侵蝕（shí）性能（néng）：梁義兵等（děng）人采用靜態坩堝（guō）法研究（jiū）3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石（shí）磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致（zhì）密程度高，較（jiào）不燒白（bái）雲石磚具有更好的抗高堿（jiǎn）度渣侵蝕性。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（ér）言，燒成的（de）鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明（míng）顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量（liàng）高的燒成鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕能力好（hǎo）於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好（hǎo）的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用（yòng）析出C3S，使材料表層致密（mì）化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具（jù）有較強的侵（qīn）蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲（shèn）透作用。

寧德鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較（jiào）燒成鎂鈣磚種類複（fù）雜。除（chú）具備（bèi）鎂鈣磚的特性（xìng）外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具（jù）有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的（de）性能同時取決於（yú）CaO及C的含（hán）量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水（shuǐ）的效（xiào）果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝（bāo）落性能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人（rén）采用煉（liàn）鋼轉爐的初期（qī）渣、中期渣和（hé）終期渣分（fèn）別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的（de）侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣（zhā）MgO—C磚蝕損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較輕，是（shì）因為（wéi）在磚的界麵上產（chǎn）生了C2S保護層；可是中（zhōng）期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕（shí）損率反而分別比（bǐ）MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為（wéi）其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴重（chóng）。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗（kàng）氧化性和（hé）熱震穩定（dìng）性好，抗酸性熔渣（zhā）能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適（shì）合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金（jīn）屬（shǔ）夾雜物不僅數量少，而（ér）且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精（jīng）準並（bìng）且分布（bù）均勻（yún），使鋼材具有高性能（néng）、高品質（zhì）。在鋼水從冶煉到精（jīng）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耐火材料能淨化（huà）鋼水，除去鋼中的非金屬（shǔ）夾雜物，而且不汙染環境。