徐平（píng）坤

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材料對鋼水的淨化作（zuò）用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水（shuǐ）產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理（lǐ）論研（yán）究和實際試驗（yàn），得出鎂鈣質材料不但不汙染（rǎn）鋼（gāng）水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼包等爐外精煉裝置（zhì）中應用日益（yì）增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後（hòu）的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主（zhǔ）要包（bāo）括（kuò）白雲（yún）石質耐火材料（liào）、鎂白雲石質耐火材料（liào）、鎂鈣質耐火材料。

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（zuò）原料的定型或不定形（xíng）耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的變化影響鎂鈣質製（zhì）品的高溫（wēn）使用（yòng）性能，MgO含量（liàng）越（yuè）高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高（gāo）SiO2熔渣的（de）能力越強（qiáng），高溫（wēn）蠕（rú）變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但（dàn）抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設（shè）備的不（bú）同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼水作（zuò）用的影（yǐng）響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼等對鋼中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物的含（hán）量要求嚴格，需要（yào）爐（lú）外（wài）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（yǔ）鋼水中的S、P等雜（zá）質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用（yòng）於冶（yě）煉低氧鋼，是爐外精煉（liàn）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（yán）長爐襯壽命（mìng）、降（jiàng）低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火（huǒ）材料進行了許多試驗研究，取得了很好（hǎo）的結果。

MgO在真空條件下容（róng）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（dà）降低。因此，MgO質材料（liào）中加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質（zhì）耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐（nài）火材料（liào）更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必（bì）須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡（jìn）可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢（shì）盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下（xià）以氣態存在，在鋼水中的溶解度（dù）很小，而（ér）CaO的氧勢也（yě）很小，因此（cǐ），精煉設備（bèi）應該選用鎂（měi）鈣質耐火材料。溫度升（shēng）高不利於脫P，但（dàn）鋼包中采用CaO含量（liàng）高即堿度高的熔渣有利脫（tuō）P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩（wěn）定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火（huǒ）材料中的CaO反應生成高熔點（diǎn）化合物C2S或C3S,形成保護層（céng），從而抑製熔渣的滲透（tòu）。

關於H含（hán）量的（de）問題，采用（yòng）真空精煉，其H主要來自熔渣或精（jīng）煉設備內（nèi）襯耐（nài）火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中（zhōng）的水（shuǐ）分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題（tí）。

鎂鈣（gài）質耐火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（cái）料中的CaO熱（rè）力學穩定（dìng）性高，具有很低（dī）的氧平衡分（fèn）壓，在鋼水（shuǐ）中的溶解度（dù）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。結果表明：在（zài）1600℃下，反（fǎn）應45min時，脫S效果更好，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的脫S效果，使用白雲石質鋼（gāng）包內襯是很必要的，這樣一方麵可以（yǐ）盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可（kě）以避免（miǎn）強還原條件下鋼包渣導致耐火（huǒ）材（cái）料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才（cái）研究MgO—CaO質澆注料對鋼中（zhōng）P含量的影響。實驗（yàn）結果表明：當澆注料（liào）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（jìn）一步（bù）提高CaO含量，鋼中（zhōng）P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含（hán）量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著（zhe）增C，當同一製品（pǐn）第（dì）二次使用時，鋼水僅發生（shēng）輕微（wēi）增（zēng）C。

耐火材料對鋼（gāng）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（shuǐ）中（zhōng）的H含量（liàng）產生顯著影響。連鑄（zhù）過程中，鋼包和中間（jiān）包係統中使用保護套管保護主流時，有（yǒu）機粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼包、中間（jiān）包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量（liàng）。

耐火（huǒ）材料對鋼中N(氮（dàn）)含量的影響：傳（chuán）統耐火材（cái）料N含量很（hěn）低，近年來氮化物在耐火材料中應（yīng）用受到關注，如Sialon分解對鋼（gāng）水造成（chéng）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，連（lián）鑄（zhù）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（gāng）水中夾（jiá）雜物的影響：田（tián）琳等（děng）人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料（liào）對管線鋼鋼水（shuǐ）潔（jié）淨化的影（yǐng）響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣（gài）質耐火材料能去除鋼（gāng）水中（zhōng）的夾雜物，其餘（yú）的堿性耐火材料均使鋼水（shuǐ）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反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複（fù）合化合（hé）物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高熔點化（huà）合物被吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護（hù）層，或者從鎂鈣質耐火材（cái）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（de）活性CaO含量越高（gāo），吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵（qīn）蝕（shí）性能：梁（liáng）義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂（měi）鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高（gāo）堿度的（de）AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成（chéng）白雲石磚基質部（bù）分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿（jiǎn）度渣侵蝕性。堿（jiǎn）度較低的（de）VOD爐渣對三種磚的侵蝕和（hé）滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂（měi）鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿（jiǎn）度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與（yǔ）鎂（měi）鈣材料作用析出C3S，使材料（liào）表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質（zhì）的強溶蝕並滲透作用。

西青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）較燒成（chéng）鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂（měi）鈣（gài）磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣（gài）碳（tàn）磚的性能同時取決於CaO及（jí）C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，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越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣（zhā）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（yīn）為MgO—C磚產生（shēng）結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）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（qī）渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而（ér）分別比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MgO—C磚侵蝕（shí）嚴重。

孫惠章（zhāng）等人研究結（jié）果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧（yǎng）化性和熱震（zhèn）穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利（lì）於鋼水的脫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潔淨鋼（gāng）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，非金屬夾雜物不（bú）僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製（zhì），合金（jīn）元素成分精（jīng）準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接（jiē）觸，一般（bān）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（liào）能（néng）淨化（huà）鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。