徐平（píng）坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨（jìng）度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材料對鋼水的淨化作用，總是認為（wéi）耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材（cái）料不但不汙染鋼（gāng）水，反（fǎn）而能淨化鋼水，並且也不汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲（yún）石（shí）（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原（yuán）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（nài）火（huǒ）材料主要包括白雲石質耐（nài）火材料、鎂白雲石（shí）質耐火材料、鎂鈣（gài）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原料的定（dìng）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與白（bái）雲石合成的耐（nài）火（huǒ）材料（liào）。MgO、CaO含量（liàng）的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和（hé）抗水化能力越（yuè）強；CaO含量越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變（biàn）越大（dà），抗剝落性能和脫硫、脫（tuō）磷的效果越好，但抗水化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性（xìng）能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工（gōng）設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對（duì）淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼（gāng）等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含（hán）量要求嚴格（gé），需要爐（lú）外精（jīng）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（yóu）離CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等雜質（zhì）反應（yīng），使其轉移到爐渣（zhā）中，具有除去雜質、淨（jìng）化鋼水的功能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適（shì）合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備（bèi）的耐火材料（liào）。近年來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低耐火材（cái）料消耗，研究（jiū）人員對白雲石（shí）質耐火材料進行了（le）許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發（fā）性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性（xìng）大大降（jiàng）低。因（yīn）此，MgO質材料中加入一定量的（de）CaO製成MgO—CaO質耐火材料（liào），在高溫真空條件下使用比純MgO質（zhì）耐（nài）火材料更合適（shì）。

鋼（gāng）水中的脫S反（fǎn）應中，要使鋼水S含量（liàng）低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材（cái）料，Mg與Ca在（zài）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（hěn）小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）。溫度升高不（bú）利於脫P，但（dàn）鋼包（bāo）中采用CaO含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（gài）質耐火材料同樣也有（yǒu）利脫（tuō）P。

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

關於H含量的問（wèn）題，采用真空精煉，其H主（zhǔ）要來自（zì）熔渣或精煉設備內襯耐火材料（liào）的水分及有機（jī）添加物。熱力學分（fèn）析認（rèn）為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐（nài）火材料對鋼水（shuǐ）性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響（xiǎng）：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在（zài）鋼水中的溶解度很小，被（bèi）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（lín）等人試驗（yàn）研究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反（fǎn）應，檢驗鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反（fǎn）應45min時，脫S效果更（gèng）好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使（shǐ）鋼包獲得有效的脫S效果（guǒ），使用白雲石質鋼包內（nèi）襯是很（hěn）必要的，這樣一方麵可以盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵（miàn）可以避免強還原條件（jiàn）下鋼（gāng）包（bāo）渣導致耐火（huǒ）材料的過度消耗。

耐火（huǒ）材料（liào）對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中（zhōng）P含（hán）量的影響。實驗結果表明：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（de）0.1%降低到0.01%，進一步（bù）提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度（dù）降低。

耐火材料對鋼水碳（tàn）含量的影（yǐng）響：實驗表明（míng），使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用（yòng）時（shí），鋼水僅（jǐn）發生（shēng）輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響（xiǎng）：耐火材料中的（de）水分以及（jí）其中的有機粘結劑會（huì）對鋼水（shuǐ）中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼（gāng）包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有（yǒu）機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含（hán）量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火（huǒ）材料（liào）中應用受到關（guān）注，如（rú）Sialon分（fèn）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（tào）管非常重要，連（lián）鑄的增（zēng）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物的影響：田琳（lín）等（děng）人研究（jiū）了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材料對管線鋼（gāng）鋼水（shuǐ）潔淨化的影（yǐng）響（xiǎng），實驗表明：在反應30min的情況下（xià），隻有（yǒu）鎂鈣質耐火材（cái）料能去（qù）除鋼水中（zhōng）的夾雜物，其餘的堿性耐火材料（liào）均使鋼水夾雜物數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複（fù）合化合物，熔點約為1400℃左右（yòu），可有效地去（qù）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（gāo）熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形（xíng）成保護層，或者從鎂（měi）鈣質耐（nài）火（huǒ）材料表麵（miàn）上剝落下來上浮至保護渣層中；在（zài）鎂鈣質耐火材（cái）料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁（liáng）義兵等人采用靜態坩堝法（fǎ）研究3種不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣（gài）磚（zhuān）的抗渣（zhā）性。試驗結果得出，CaO含量高的（de）白雲石磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較（jiào）強（qiáng）。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，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（shèn）透比高堿度渣（zhā）嚴重得（dé）多。相對而言，燒成的鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕性（xìng）明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒（shāo）成鎂（měi）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。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是熔渣對（duì）基質的強溶蝕並滲透作用。

中山鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研（yán）究

鎂鈣碳磚主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚（zhuān）的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳（tàn）磚具有（yǒu）更好的真（zhēn）空穩定性、抗熱（rè）震性。鎂鈣碳磚的性能同時（shí）取決於CaO及C的含量。CaO含量越高（gāo），抗（kàng）剝落性能（néng）越好，淨化鋼水的（de）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（gài）碳磚的（de）抗侵蝕研究：崔淑（shū）賢等人采用煉鋼轉爐的初（chū）期渣、中期渣和（hé）終期渣分別對（duì）鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行（háng）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%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中（zhōng）期渣和終期渣（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕損（sǔn）率（lǜ）反而分別比（bǐ）MgO—C磚高（gāo）0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠（huì）章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，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，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲（yún）石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔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（hé）形態（tài）得到控製（zhì），合金元素成分精（jīng）準並且分布（bù）均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的（de）整個過（guò）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（bái）雲石質即鎂鈣質耐火材料（liào）能淨（jìng）化鋼（gāng）水，除去鋼中（zhōng）的非金（jīn）屬夾雜物，而且不汙染環（huán）境。