徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的角度（dù）研究提高鋼的純淨（jìng）度，沒有考慮與鋼（gāng）水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨（jìng）化作用，總是認為耐火材料或多或（huò）少地會對鋼水（shuǐ）產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）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，並且也不汙（wū）染環境，在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）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的特征

白（bái）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（bǐ）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。

其中，白雲石質耐火（huǒ）材料是指全部用煆燒或電熔的白（bái）雲（yún）石做（zuò）原料的定型（xíng）或不定形耐火材料；鎂白雲石和（hé）鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白（bái）雲石合成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用（yòng）性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗水化能（néng）力越強；CaO含量（liàng）越高，抗（kàng）高SiO2熔渣的能（néng）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（xìng）能越差。因此，應該（gāi）根據爐外精煉（liàn）等熱工設備的（de）不同部（bù）位使用條（tiáo）件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐（nài）火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及（jí）SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質（zhì）及夾雜物以及脫氣、調整化學成（chéng）分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜（zá）質反應，使其轉移（yí）到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水（shuǐ）的功能。由於CaO的氧勢很低（dī），鎂鈣質（zhì）耐（nài）火（huǒ）材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶（yě）煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等（děng）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（yún）石質耐火材（cái）料進行（háng）了許多試驗研究，取（qǔ）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（shì）有影響的，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（dìng）量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）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，要使鋼水S含量低，熔渣必須（xū）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（yào）低（dī）。要使O含量低，就要選（xuǎn）擇氧勢（shì）盡可能低（dī）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（dù）很小，而CaO的氧勢（shì）也很小，因（yīn）此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含（hán）量高即堿度高的熔渣有（yǒu）利脫P，因此（cǐ），用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也（yě）有利脫P。

鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）的熱震穩定性（xìng）高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或（huò）C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲（shèn）透。

關於H含（hán）量的問（wèn）題，采用真空精煉，其H主要來自（zì）熔渣或精煉設備內襯耐（nài）火材料的水分及有機添（tiān）加物（wù）。熱力學（xué）分析認為：要（yào）在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水（shuǐ）分，就不存在鋼水中氫（H）含量（liàng）增高問題（tí）。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能（néng）的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的（de）氧平衡分壓，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（tián）琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫（tuō）S效果。結果表明：在（zài）1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方（fāng）麵可以盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧化能（néng）力，另一方麵可以（yǐ）避免（miǎn）強（qiáng）還原條件下鋼包渣導（dǎo）致耐火材料的過（guò）度消耗（hào）。

耐火材料對鋼中P含（hán）量的（de）影響：匡加才（cái）研（yán）究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的（de）影（yǐng）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（dī），由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中（zhōng）P含量僅有小幅度降低。

耐火材（cái）料對鋼水碳含量的影響（xiǎng）：實驗表明，使用含C耐火（huǒ）材料，鋼水（shuǐ）顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅（jǐn）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中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量（liàng）產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使（shǐ）用保護套管保護主流時，有（yǒu）機粘結劑導（dǎo）致吸H。對鋼包、中間包烘烤（kǎo），能有效地降（jiàng）低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮（dàn）)含量的影響：傳統（tǒng）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量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重（chóng）要，連（lián）鑄的增N點（diǎn）就是（shì）長水口保護（hù），此處增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐（nài）火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐火材料（liào）對管線鋼鋼水潔淨化（huà）的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐（nài）火材料能去（qù）除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜（zá）物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應（yīng）生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼（gāng）中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成（chéng）C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸三（sān）鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝（bāo）落下來上浮至保護渣層（céng）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。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用（yòng）靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的（de）抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕和滲（shèn）透能（néng）力比較強（qiáng）。燒（shāo）成白雲石磚基（jī）質部（bù）分致密程度高，較不燒白雲石磚具有（yǒu）更好的（de）抗高堿度渣（zhā）侵蝕性（xìng）。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度（dù）渣嚴重得多。相對而言，燒（shāo）成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好（hǎo）於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔（róng）渣的侵蝕和滲透能力，這是（shì）因為渣與鎂鈣材料作用析（xī）出C3S，使材料表層致密化而（ér）有效抑製（zhì）熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕和滲透能力（lì），主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用（yòng）。

平穀鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕的（de）研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好（hǎo）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。CaO含量越（yuè）高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研究（jiū）：崔淑賢等（děng）人采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣、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（shí）驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為MgO—C磚產（chǎn）生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的（de）界麵（miàn）上產生了C2S保護層；可是中期渣（zhā）和終期渣，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（róng）解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠（huì）章等（děng）人（rén）研究結果表明（míng）鎂白雲石碳磚高溫抗氧（yǎng）化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有（yǒu）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（huǒ）材料對潔淨鋼的影響（xiǎng）

潔淨鋼係（xì）指鋼中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量（liàng）少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能（néng）、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火（huǒ）材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少（shǎo）總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除（chú）去鋼中的非金屬夾（jiá）雜物，而且不汙（wū）染環境。