徐平（píng）坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的角度研究提高鋼的（de）純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙（wū）染。可是通過對白雲石質（鎂（měi）鈣質）耐（nài）火材料（liào）的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料（liào）不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙（wū）染環（huán）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（měi）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%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包（bāo）括白雲石質耐火材料（liào）、鎂白雲石質（zhì）耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全（quán）部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定（dìng）型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材（cái）料是用鎂石（shí）與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製（zhì）品的高溫使用性能，MgO含（hán）量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔（róng）渣的能力越強，高溫蠕變越（yuè）大（dà），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（qīn）蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精（jīng）煉等熱工設備的不（bú）同部位（wèi）使用條件，合理選擇鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料中的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、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元（yuán）素及SiO2、Al2O3等夾雜（zá）物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及（jí）夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質（zhì）反應，使其轉（zhuǎn）移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的（de）功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣（gài）質（zhì）耐火（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、特殊鋼等設備（bèi）的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低（dī）耐（nài）火材料消耗，研（yán）究人（rén）員對白（bái）雲石質（zhì）耐（nài）火材料進（jìn）行了許多試（shì）驗研究，取得了很好的結（jié）果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的（de）揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使（shǐ）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，熔渣必須是CaO含量（liàng）高的高堿（jiǎn）度渣，並且鋼水中溶解的（de）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材料，Mg與（yǔ）Ca在（zài）高溫下以（yǐ）氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此（cǐ），精煉設備應該選用鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）。溫度升高不利於脫P，但（dàn）鋼包中采（cǎi）用CaO含量高即堿（jiǎn）度高的熔渣有利脫（tuō）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（gài）質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性（xìng）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（diǎn）化合物C2S或（huò）C3S,形成（chéng）保護層，從而抑製熔（róng）渣的滲透。

關於H含量的問（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火材料的水分及有機添加物。熱力學分析（xī）認為：要在1200℃下長期烘（hōng）烤，充分（fèn）排除其中的水分（fèn），就不存在鋼水中（zhōng）氫（H）含量增高問題。

鎂鈣（gài）質耐火材料對（duì）鋼水性能的影響

耐火材料對鋼（gāng）中氧（yǎng）含（hán）量的影（yǐng）響（xiǎng）：王龍光等人認為（wéi）MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的（de）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中S的反（fǎn）應，檢驗鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材（cái）料的脫S效果。結果表（biǎo）明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出（chū）現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫（tuō）S效果，使用（yòng）白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方（fāng）麵可（kě）以盡（jìn）可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原（yuán）條件下（xià）鋼包渣導致耐（nài）火（huǒ）材料的過度（dù）消耗。

耐火材料對鋼中（zhōng）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（xiǎng）。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為（wéi）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含量僅有小幅度降低。

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（zēng）C，當同（tóng）一製品第二次使（shǐ）用（yòng）時，鋼水僅發（fā）生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含（hán）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含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統（tǒng）中（zhōng）使用保（bǎo）護套管保護主流時，有機（jī）粘結劑導（dǎo）致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸（xī）H量（liàng）。

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，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分（fèn）解（jiě）對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要（yào），連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜（zá）物的影響：田琳等人研究（jiū）了鎂鈣、鎂（měi）鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明（míng）：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料（liào）能去除鋼水中的夾（jiá）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（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（wéi）1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔（róng）點化合物被吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵上剝落下來上浮至（zhì）保護渣（zhā）層中；在鎂鈣質耐火材料中的（de）活性CaO含量越高，吸（xī）附鋼（gāng）水中夾（jiá）雜物的能力越強。

鎂鈣（gài）質耐火材料的抗（kàng）侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性（xìng）。試（shì）驗結（jié）果得出，CaO含量（liàng）高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲（yún）石磚基質部分（fèn）致密程度高，較（jiào）不燒白雲（yún）石磚（zhuān）具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對（duì）三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿（jiǎn）度渣（zhā）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（jiǎn）度渣侵蝕能（néng）力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良（liáng）好的抵（dǐ）抗高堿度熔渣的侵蝕和滲（shèn）透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣（zhā）具（jù）有較強（qiáng）的（de）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。

青（qīng）島鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成鎂鈣磚（zhuān）種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱（rè）震性。鎂（měi）鈣（gài）碳磚（zhuān）的性能同時取決於CaO及（jí）C的含量。CaO含量越（yuè）高，抗剝落性能越好，淨化鋼（gāng）水的（de）效果也越好（hǎo）；C含量越高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝（bāo）落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用（yòng）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，是因為在磚的（de）界麵上產（chǎn）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（hé）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。

孫惠章等人研究（jiū）結果表明鎂白雲石碳磚高（gāo）溫（wēn）抗氧化性和（hé）熱（rè）震（zhèn）穩定性好，抗酸性熔（róng）渣能力強；而且磚中（zhōng）的CaO有利於（yú）鋼水的脫O、脫S、脫P等（děng），適（shì）合冶煉鋼的電（diàn）爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼（gāng）中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金（jīn）屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到（dào）控製，合金元素成分精準並（bìng）且分布（bù）均勻（yún），使鋼材具（jù）有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐（nài）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鋼水（shuǐ），除（chú）去鋼中的非（fēi）金屬夾雜物，而且不汙染環境。