徐平坤

以（yǐ）前，從煉鋼工藝的（de）角度研究（jiū）提高鋼的純淨度，沒有（yǒu）考（kǎo）慮與鋼水直接接觸的耐（nài）火材（cái）料對鋼水的淨化作用，總是認為（wéi）耐火材料或多或少（shǎo）地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲（yún）石質（zhì）（鎂鈣質）耐火材料（liào）的理論研究和實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精（jīng）煉裝置中應用（yòng）日益增加。

白雲石（shí）與鎂鈣質耐火材料（liào）的特（tè）征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒（shāo）後的理（lǐ）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（měi）白雲石質耐（nài）火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒（shāo）或電熔（róng）的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的（de）耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）的變化（huà）影響鎂鈣質製品的高溫使（shǐ）用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力（lì）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（néng）和脫硫、脫磷的效果（guǒ）越好，但（dàn）抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性（xìng）能越（yuè）差。因此，應該（gāi）根據爐（lú）外精煉（liàn）等熱工設備的不（bú）同部位（wèi）使用條件，合理選擇鎂（měi）鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的（de）影（yǐng）響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼等（děng）對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜（zá）物的含量要求嚴（yán）格，需要爐外精煉除去鋼中雜質（zhì）及夾雜物以及脫氣、調整化學成（chéng）分和均勻化等。鎂鈣（gài）質耐火材料中的（de）遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，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的氧（yǎng）勢很（hěn）低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等（děng）設備的耐（nài）火（huǒ）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，研究人員對白（bái）雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易（yì）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（jiù）可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定（dìng）量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條（tiáo）件下使（shǐ）用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼（gāng）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含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇（zé）氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高（gāo）即堿度（dù）高（gāo）的（de）熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量（liàng）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定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反（fǎn）應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成（chéng）保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問（wèn）題，采用真空精煉，其（qí）H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料（liào）的水（shuǐ）分及有（yǒu）機添加物。熱力學分析認為（wéi）：要在1200℃下長期烘烤（kǎo），充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（qīng）（H）含（hán）量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐（nài）火材料對（duì）鋼中氧含量的影響：王龍光（guāng）等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力（lì）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（xiǎo），被認為是防止鋼水增（zēng）氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響（xiǎng）：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（huǒ）材料的脫（tuō）S效（xiào）果。結（jié）果表明：在1600℃下（xià），反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象（xiàng）。為（wéi）了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵（miàn）可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方（fāng）麵可以（yǐ）避（bì）免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消（xiāo）耗（hào）。

耐火（huǒ）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（hán）量的影響。實驗結果表明：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量（liàng）大幅度（dù）降低，由原始的0.1%降（jiàng）低到0.01%，進一步（bù）提高CaO含量，鋼中P含量（liàng）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（míng），使用含C耐火材料（liào），鋼水（shuǐ）顯著增C，當同一製品第（dì）二（èr）次（cì）使用時，鋼（gāng）水僅（jǐn）發生輕微增C。

耐（nài）火（huǒ）材料（liào）對鋼中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會對鋼水中的H含量產（chǎn）生（shēng）顯著影響。連鑄過（guò）程中，鋼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（dǎo）致吸H。對鋼（gāng）包、中間包烘烤，能有效地降低（dī）鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材（cái）料（liào）N含量很低，近年來氮化物在耐火材（cái）料中應用受到關注（zhù），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，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水（shuǐ）口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐（nài）火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等（děng）人研（yán）究了鎂鈣、鎂（měi）鋁、鎂（měi）鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影（yǐng）響（xiǎng），實驗表明：在（zài）反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。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（yīng）生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約（yuē）為1400℃左右，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（guī）酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮（fú）至保護渣層（céng）中；在鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料中的活性CaO含量越高，吸附（fù）鋼水中夾（jiá）雜物（wù）的（de）能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）性能：梁（liáng）義兵等（děng）人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂（měi）鈣磚（zhuān）的（de）抗渣性。試驗結果（guǒ）得（dé）出，CaO含量（liàng）高的白雲石（shí）磚抗高堿度的AOD渣侵（qīn）蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石（shí）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（jiǎn）度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的（de）侵蝕和滲透比高堿度渣（zhā）嚴重得多。相對而（ér）言，燒成的鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵（qīn）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度渣侵（qīn）蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵（dǐ）抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣（zhā）與鎂鈣材料（liào）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（jù）有較強（qiáng）的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

酒泉鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性（xìng）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（wài），鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更（gèng）好的真空穩（wěn）定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝落性（xìng）能越（yuè）好，淨化（huà）鋼水的效果也（yě）越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚的抗（kàng）侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人采用煉（liàn）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（jìn）行實（shí）驗。實驗結果（guǒ）表（biǎo）明：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（shēng）結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚（zhuān）的界麵上產生了C2S保護層；可是（shì）中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而（ér）分別比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（jiě），所以比MgO—C磚侵（qīn）蝕嚴（yán）重。

孫惠章等人研究結（jié）果表明鎂（měi）白雲石碳磚高溫抗氧化性和（hé）熱震穩定（dìng）性好，抗酸性熔渣能（néng）力強；而且磚中的CaO有利於鋼水（shuǐ）的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉（liàn）鋼的電爐爐襯。

白（bái）雲石質耐火材（cái）料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係（xì）指鋼（gāng）中有（yǒu）害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量（liàng）少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素（sù）成（chéng）分精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材具有高（gāo）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（shuǐ）接觸，一般耐火材（cái）料對（duì）鋼水或（huò）多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料（liào）能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。