徐平（píng）坤

以（yǐ）前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有（yǒu）考慮（lǜ）與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用（yòng），總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可（kě）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，得出鎂鈣質材料不但（dàn）不汙染鋼水，反而（ér）能淨化鋼水，並且也不汙染環境，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

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒（shāo）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括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火（huǒ）材料。

其中，白雲石質耐火材（cái）料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或（huò）不定形耐火材料；鎂白雲石和（hé）鎂鈣（gài）質耐火材料是用鎂石與白雲石合成（chéng）的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越（yuè）大，抗剝（bāo）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（jīng）煉等熱工設備的不（bú）同部位（wèi）使用條件，合（hé）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淨化鋼水作（zuò）用（yòng）的影響

潔淨（jìng）鋼、特（tè）殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）的含量要求嚴格，需要爐外（wài）精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻（yún）化等（děng）。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移（yí）到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼（gāng）水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材（cái）料也適合（hé）用（yòng）於冶煉低氧鋼，是（shì）爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設（shè）備的（de）耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命（mìng）、降低耐火材料消耗，研（yán）究人員對白雲石（shí）質耐火材料進行了許多試驗研究（jiū），取得了很好的結果。

MgO在真空條件下（xià）容易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩（mó）爾（ěr）分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料（liào）中加入一定（dìng）量的（de）CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真（zhēn）空（kōng）條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反（fǎn）應中，要（yào）使鋼（gāng）水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的（de）高堿度渣（zhā），並且鋼水中溶解的O含量（liàng）盡可能要低（dī）。要使O含量低，就要選擇氧勢（shì）盡可能低的（de）耐（nài）火材（cái）料，Mg與Ca在高溫下以氣（qì）態存在，在鋼水中的溶解（jiě）度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設（shè）備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升（shēng）高不利於（yú）脫P，但鋼包中采用CaO含（hán）量高即堿度高（gāo）的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量（liàng）高（gāo）的鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）同樣也有利脫P。

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

關於H含量的問題（tí），采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水（shuǐ）分及有機添加物。熱力學分析認為（wéi）：要在1200℃下（xià）長（zhǎng）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。

鎂鈣質耐火材料對（duì）鋼水性（xìng）能的影（yǐng）響

耐火材料對鋼中氧含（hán）量（liàng）的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中（zhōng）的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平（píng）衡分壓，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材（cái）料（liào）對鋼中S的影響：田琳（lín）等人試驗研（yán）究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中S的反應，檢驗（yàn）鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料的脫S效果。結果表明：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（jiàng）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（shì）很必要的（de），這樣一方麵可以（yǐ）盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強（qiáng）還（hái）原條件下鋼（gāng）包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對（duì）鋼中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。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（xiǎng）：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製（zhì）品第二次使用（yòng）時（shí），鋼（gāng）水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的（de）影響：耐火材料中的水分以及其中的有（yǒu）機粘結劑會對鋼水中（zhōng）的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包（bāo）係統中使用保（bǎo）護套管保護主流時，有機（jī）粘結（jié）劑導致吸H。對鋼包、中間包烘（hōng）烤，能有效地（dì）降低鋼水的吸H量。

耐（nài）火材料對鋼（gāng）中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量（liàng）很低，近年來（lái）氮化物在耐火材料中應用（yòng）受到關注，如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造成增N。更大的增N量在鋼包與中（zhōng）間包之（zhī）間，保（bǎo）護（hù）套管非常重要，連鑄的增N點（diǎn）就是（shì）長水（shuǐ）口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料對（duì）鋼水中夾雜物的影響（xiǎng）：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料（liào）對管線鋼鋼水潔（jié）淨化的影響，實驗（yàn）表明：在反應30min的（de）情（qíng）況下，隻有鎂（měi）鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材（cái）料均使鋼水夾雜物（wù）數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地（dì）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)高（gāo）熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂鈣（gài）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活性CaO含量越高，吸附鋼水中（zhōng）夾雜物的能（néng）力越強。

鎂鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等（děng）人采用靜態坩堝法研（yán）究3種不鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的（de）白雲石磚抗高（gāo）堿度的AOD渣侵蝕和滲透能（néng）力（lì）比較強（qiáng）。燒成白雲石磚基質部（bù）分致密程度（dù）高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高（gāo）堿度渣侵蝕性（xìng）。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和（hé）滲透比（bǐ）高（gāo）堿度渣嚴重得多。相對而（ér）言，燒成（chéng）的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性（xìng）明（míng）顯好於不燒（shāo）鎂鈣磚，CaO含量（liàng）高的燒成鎂鈣（gài）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（róng）渣的侵蝕（shí）和滲透能力，這（zhè）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（jiǎn）度熔渣具有較強的侵蝕和滲透（tòu）能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕（shí）並滲透作用（yòng）。

鎂磚之鎂鈣（gài）碳磚的性能及抗侵蝕的（de）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。除具備鎂鈣磚的特性（xìng）外，鎂鈣（gài）碳磚比鎂（měi）碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱（rè）震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於（yú）CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝落性能越好，淨（jìng）化鋼水的效果也越（yuè）好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝（bāo）落性（xìng）能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期（qī）渣和終期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚（zhuān）的侵蝕進行實驗。實驗結（jié）果表明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最（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（zhuān）的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）中及被渣中∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴重（chóng）。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫（wēn）抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能（néng）力強；而且磚中的（de）CaO有利於鋼水的（de）脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐（nài）火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係（xì）指鋼中（zhōng）有（yǒu）害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常（cháng）少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小（xiǎo）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、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程（chéng）中，耐火材料始終與鋼水（shuǐ）接觸，一（yī）般耐火材料對鋼水或多或少總（zǒng）有些汙染，唯（wéi）有白雲石質（zhì）即鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾（jiá）雜物，而且（qiě）不汙染環境。