徐平（píng）坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝（yì）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用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產（chǎn）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（shí）際（jì）試驗（yàn），得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼（gāng）水，反而能淨化鋼水，並且（qiě）也不汙染（rǎn）環境（jìng），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（gài）質（zhì）耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理（lǐ）論（lùn）組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料（liào）主要包括白雲石質耐（nài）火材（cái）料、鎂白雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料。

其中（zhōng），白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或（huò）電熔的白雲石做原料的定型或不（bú）定形耐火材料；鎂白雲石和（hé）鎂鈣質耐火材料是用鎂（měi）石與白雲石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含量的（de）變化影響鎂鈣質製品（pǐn）的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗（kàng）水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗（kàng）水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差。因此，應該根據爐（lú）外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料（liào）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、特殊鋼等對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）的（de）含量要（yào）求嚴格，需要爐（lú）外精煉除去鋼中雜質及夾雜物（wù）以及脫氣、調（diào）整化學成分和（hé）均勻化等。鎂鈣質耐火材料（liào）中的遊離CaO，易與（yǔ）鋼水中（zhōng）的S、P等雜質反應，使其轉移（yí）到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼（gāng），是爐外精煉冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的（de）耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員（yuán）對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了（le）很好的結果。

MgO在（zài）真（zhēn）空條件下容易揮發，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相對揮（huī）發性（xìng）大大降低。因此，MgO質材料中（zhōng）加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件（jiàn）下使用比純MgO質耐火材料更（gèng）合適。

鋼（gāng）水中的脫S反（fǎn）應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高（gāo）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（de）耐火材料，Mg與（yǔ）Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解（jiě）度很小，而CaO的氧勢也很（hěn）小，因（yīn）此，精煉（liàn）設備應該選（xuǎn）用鎂鈣質耐火材料。溫度升（shēng）高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量（liàng）高即堿度高的熔渣有（yǒu）利脫P，因此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣（gài）質耐火材料同樣也有利脫P。

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

關於H含（hán）量的（de）問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐（nài）火材料的水分及有機（jī）添加物。熱力學分析認為：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。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影（yǐng）響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性（xìng）高，具（jù）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（yǎng）的（de）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（gāng）水中S的（de）反（fǎn）應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好（hǎo），脫S率達（dá）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S效果，使用白雲石質鋼包（bāo）內襯是很必要的（de），這樣一方（fāng）麵可以盡（jìn）可能降低鋼包內襯的再氧化（huà）能力（lì），另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的（de）過度消耗。

耐火材料對鋼中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（biǎo）明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低（dī）到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅有（yǒu）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C，當同一（yī）製品（pǐn）第二次使用時，鋼水僅發生輕微增（zēng）C。

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

耐（nài）火材料對鋼中N(氮（dàn）)含量的（de）影響：傳（chuán）統耐（nài）火材料N含量很低，近（jìn）年（nián）來氮（dàn）化物在耐火材料中應（yīng）用受到關（guān）注，如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管（guǎn）非常重要，連鑄（zhù）的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火（huǒ）材料對鋼水中夾（jiá）雜物的影響：田琳等人研（yán）究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼（gāng）水（shuǐ）潔淨（jìng）化的影響（xiǎng），實驗表明：在反應30min的情況下，隻有（yǒu）鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料（liào）均使鋼水夾雜物數量增加。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Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼（gāng）中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成（chéng）C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形（xíng）成保護層，或者從鎂鈣質耐火材（cái）料表（biǎo）麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質（zhì）耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水（shuǐ）中夾雜物的能力越（yuè）強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚（zhuān）抗高堿度的AOD渣（zhā）侵蝕（shí）和滲（shèn）透能力比較強。燒成白雲石（shí）磚基質部分致密（mì）程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗（kàng）高堿度渣侵蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐渣對三種磚的侵（qīn）蝕和滲透比高堿度渣嚴重得（dé）多。相對而言（yán），燒成的鎂鈣磚抵抗（kàng）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（dù）渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良（liáng）好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這（zhè）是（shì）因為渣與（yǔ）鎂鈣材料作用析出（chū）C3S，使材料表層致（zhì）密化而有效抑製熔渣的（de）滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲（shèn）透能力，主要是熔渣（zhā）對基質的強溶（róng）蝕並滲透作用。

嘉定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磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備（bèi）鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳（tàn）磚（zhuān）比（bǐ）鎂碳磚具有更好的（de）真空穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能（néng）同時（shí）取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗剝（bāo）落（luò）性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑（shū）賢（xián）等人（rén）采用煉鋼轉（zhuǎn）爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚（zhuān）的侵蝕進行實驗。實驗結果表（biǎo）明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產（chǎn）生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為（wéi）在磚的界麵上產生（shēng）了（le）C2S保護層；可是中（zhōng）期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反（fǎn）而（ér）分別比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為其在（zài）高溫中（zhōng）及被（bèi）渣中∑FeO溶（róng）解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白（bái）雲石碳磚高溫抗氧化性和（hé）熱震穩定性好，抗（kàng）酸（suān）性熔渣能力強；而且磚（zhuān）中（zhōng）的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的（de）電爐爐（lú）襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影（yǐng）響

潔淨鋼係指（zhǐ）鋼中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含量（liàng）非常少，非（fēi）金屬夾雜物不僅數量少，而（ér）且尺寸很小和形態得到（dào）控製，合（hé）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中（zhōng），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，唯有白雲（yún）石質即（jí）鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不（bú）汙染環境（jìng）。