徐平坤

以前（qián），從煉鋼（gāng）工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼（gāng）水直接接觸的耐火（huǒ）材料對（duì）鋼（gāng）水的淨化作用，總（zǒng）是認為耐火材料或多（duō）或少地會對（duì）鋼水產生汙染。可是（shì）通過對白雲石質（鎂鈣質）耐（nài）火材料（liào）的理論研究（jiū）和實際（jì）試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反（fǎn）而能淨（jìng）化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉（liàn）裝（zhuāng）置中應用日益增加。

白雲石與（yǔ）鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後（hòu）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（liào）主要包括白雲石質（zhì）耐火材料、鎂白（bái）雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中（zhōng），白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔（róng）的白雲石做（zuò）原料的定（dìng）型或不定形耐火材料；鎂白雲石（shí）和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與（yǔ）白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的（de）變化影響鎂鈣質製品的高溫使（shǐ）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（zhā）的能（néng）力越強，高（gāo）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，應該根據爐外精煉（liàn）等熱工設備的不（bú）同部位使用（yòng）條件，合理選擇鎂（měi）鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐火材料對淨化鋼水作用的影響（xiǎng）

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量要求嚴（yán）格，需要爐外精煉除（chú）去鋼（gāng）中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂（měi）鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼（gāng）水中的S、P等雜質反（fǎn）應（yīng），使其轉（zhuǎn）移到爐渣中，具有除去雜質、淨（jìng）化鋼水的功能。由於CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂鈣質耐火材料也（yě）適合用於冶（yě）煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼（gāng）等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐（lú）襯壽（shòu）命、降低（dī）耐火材（cái）料消耗，研究（jiū）人員對（duì）白雲石質耐火材料進行了許多試（shì）驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩（mó）爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低（dī）。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（kōng）條件（jiàn）下使用比純MgO質耐火材料更（gèng）合（hé）適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量（liàng）低，熔渣（zhā）必須是CaO含量高的高堿度渣，並（bìng）且鋼水中溶解的O含量（liàng）盡（jìn）可能要低。要使（shǐ）O含量低，就要（yào）選擇氧勢盡可能低的耐（nài）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，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（wēn）度升（shēng）高不利於脫P，但鋼包中（zhōng）采用CaO含量高即堿度高（gāo）的（de）熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣質耐（nài）火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱（rè）震穩定性高、抗渣滲透性好，特（tè）別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反（fǎn）應生成高熔點化（huà）合物C2S或C3S,形成（chéng）保護（hù）層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含（hán）量的問題，采用真空（kōng）精煉，其（qí）H主要來（lái）自熔渣（zhā）或精煉設（shè）備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要（yào）在1200℃下長期烘烤，充（chōng）分排除（chú）其中的水分（fèn），就不存在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問題（tí）。

鎂鈣質耐火材料（liào）對鋼（gāng）水性能的影響（xiǎng）

耐火材料對鋼（gāng）中氧含量（liàng）的影響：王龍光等人認（rèn）為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有（yǒu）很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是（shì）防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料（liào）對鋼中S的影響：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（de）脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更（gèng）好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率（lǜ）降低（dī），出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效（xiào）果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這（zhè）樣一方麵可以盡（jìn）可能降（jiàng）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材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的（de）影響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼（gāng）中P含量的影響。實驗結果（guǒ）表明：當（dāng）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（bù）提高CaO含（hán）量，鋼中P含量僅有小幅度降低（dī）。

耐火材料對鋼水（shuǐ）碳（tàn）含量的影響：實驗（yàn）表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增（zēng）C，當同一（yī）製品第二次使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕（qīng）微增C。

耐火材（cái）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（jì）會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料（liào）對鋼中N(氮)含量的影響：傳（chuán）統耐火材（cái）料N含量很低，近年來氮化物在（zài）耐（nài）火材料中應用受到關注，如Sialon分（fèn）解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包（bāo）與中間包之間，保護（hù）套管（guǎn）非常重要，連鑄的增N點就是（shì）長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田（tián）琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗（yàn）表明：在反應30min的（de）情況下，隻有鎂（měi）鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的（de）堿（jiǎn）性耐火材料（liào）均使鋼水夾雜（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反應（yīng）生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可（kě）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（gài）)高熔（róng）點化合物被吸附鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料（liào）表麵（miàn），形（xíng）成保護層，或者從鎂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（liào）中的活性CaO含量越（yuè）高，吸（xī）附（fù）鋼水（shuǐ）中夾（jiá）雜物的能力越強。

鎂（měi）鈣質耐（nài）火材（cái）料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂（měi）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度的AOD渣侵蝕（shí）和（hé）滲透能力比較強。燒成白雲石磚（zhuān）基質部分致密程度（dù）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比高堿度渣嚴重得多（duō）。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕性明顯好於（yú）不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的（de）抵抗高堿度（dù）熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣（zhā）與鎂鈣材料作用析（xī）出C3S，使材料表層致（zhì）密化而有（yǒu）效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有（yǒu）較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對（duì）基質的強溶（róng）蝕並滲透作用。

平涼鎂磚（zhuān）之（zhī）鎂鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕的研究

鎂鈣碳磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種（zhǒng）類複（fù）雜（zá）。除具（jù）備鎂（měi）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、抗熱震（zhèn）性（xìng）。鎂鈣（gài）碳（tàn）磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝（bāo）落性能（néng）越好，淨化鋼水的效（xiào）果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能（néng）越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研究：崔淑（shū）賢等人采（cǎi）用煉鋼（gāng）轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂（měi）碳磚的侵蝕（shí）進行實驗。實驗結（jié）果表明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產生結（jié）構（gòu）剝落，蝕損（sǔn）最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，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溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫（sūn）惠章等人研究結果表明鎂（měi）白雲石碳磚高（gāo）溫抗（kàng）氧化性和熱震穩定性（xìng）好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利（lì）於鋼水的脫（tuō）O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼（gāng）的電爐爐襯。

白雲石質（zhì）耐火材料對潔（jié）淨鋼的影響

潔（jié）淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形（xíng）態（tài）得到控製，合金元素成分精準並且分（fèn）布均勻，使（shǐ）鋼材具有（yǒu）高（gāo）性能、高品質。在（zài）鋼水從冶煉到精煉的整（zhěng）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總（zǒng）有些汙染，唯有白雲（yún）石質即鎂鈣質耐火材料能（néng）淨化鋼水，除去鋼（gāng）中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。