徐（xú）平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提（tí）高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直（zhí）接接（jiē）觸的耐火材料（liào）對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材（cái）料或多或少（shǎo）地會對鋼水產生汙染。可是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣質）耐（nài）火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不（bú）汙染鋼水（shuǐ），反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中（zhōng）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（rán）礦物原料（liào），煆燒後的理論組成為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要（yào）包括白雲石質耐火材料、鎂白（bái）雲石質（zhì）耐火材料、鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）。

其中，白雲石質耐（nài）火材料是指全（quán）部用煆燒或電（diàn）熔（róng）的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白（bái）雲石和鎂鈣（gài）質耐火材料是用鎂石與（yǔ）白雲石合成（chéng）的耐（nài）火材料。MgO、CaO含量的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熔渣和抗水化能力越強；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔渣（zhā）的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗（kàng）水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此（cǐ），應該根據爐（lú）外精煉等（děng）熱工設備的不同部位使用條（tiáo）件，合理選擇鎂鈣質耐（nài）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（gāng）、特殊鋼等對鋼中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量（liàng）要求嚴格，需要爐外精煉除（chú）去鋼中雜（zá）質及夾雜物以（yǐ）及脫氣（qì）、調整化學成分和均勻化（huà）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（yīng），使其轉移到爐渣中（zhōng），具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於（yú）CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也（yě）適合用於冶煉低氧鋼，是爐外（wài）精（jīng）煉冶煉潔淨鋼、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、降低耐火材料（liào）消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多（duō）試驗研（yán）究，取得了（le）很好的結果。

MgO在真空條件下容易（yì）揮發（fā），而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分（fèn）數）就可使MgO相對揮發（fā）性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的（de）脫S反（fǎn）應中，要使（shǐ）鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿（jiǎn）度渣，並且鋼（gāng）水中（zhōng）溶解的（de）O含量盡可能要低。要使O含量低（dī），就要選（xuǎn）擇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耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采（cǎi）用CaO含（hán）量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此（cǐ），用CaO含（hán）量高的鎂鈣（gài）質耐火材（cái）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（tòu）性（xìng）好，特（tè）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（róng）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（hán）量的問題，采用真空精煉，其H主要（yào）來自熔渣或精煉設備內襯耐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（hōng）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（gài）質耐火（huǒ）材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼（gāng）中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材料中的CaO熱力學穩定性高，具（jù）有很低的氧（yǎng）平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼（gāng）水增氧的有效材料。

耐火（huǒ）材料（liào）對鋼中S的影響：田琳（lín）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1600℃下，反應45min時，脫S效果（guǒ）更好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回（huí）S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果（guǒ），使用白（bái）雲石質鋼包內襯（chèn）是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再（zài）氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響（xiǎng）：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（zhōng）w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由（yóu）原始（shǐ）的0.1%降低到（dào）0.01%，進一步提高CaO含（hán）量，鋼中P含量僅有（yǒu）小幅度降低。

耐火（huǒ）材料對（duì）鋼水碳含量的影響：實（shí）驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一（yī）製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分（fèn）以及其（qí）中的有機粘（zhān）結劑會對鋼水中的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（hù）套（tào）管保護主流時，有機粘（zhān）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（liàng）。

耐火材料對鋼中N(氮（dàn）)含量的（de）影響（xiǎng）：傳統耐火（huǒ）材料N含量很低，近年（nián）來氮化（huà）物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與（yǔ）中間包之間，保護（hù）套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火（huǒ）材料對（duì）管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻（zhī）有鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料能去除鋼（gāng）水中的夾雜（zá）物，其餘的堿性耐火材（cái）料均使鋼水夾雜物數量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應（yīng），如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點（diǎn）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)高熔點化合物被吸附鎂鈣（gài）質耐火材料表（biǎo）麵，形成保護（hù）層，或（huò）者從鎂鈣質耐火（huǒ）材料表（biǎo）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，吸附鋼水中夾雜物（wù）的能（néng）力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性（xìng）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（kàng）渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗（kàng）高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲（yún）石磚基（jī）質部分（fèn）致密程度高，較不燒白（bái）雲石磚具有更（gèng）好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐渣對三種（zhǒng）磚的侵蝕和（hé）滲透比高（gāo）堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於不燒鎂鈣磚，CaO含（hán）量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕能力（lì）好於CaO含量低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材料具有（yǒu）良好的抵抗高（gāo）堿度熔（róng）渣的侵蝕（shí）和滲透能力，這是因為渣與鎂（měi）鈣材料（liào）作用析出C3S，使材料表層致密化而有（yǒu）效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透（tòu）作用。

西安（ān）鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及（jí）抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣磚種類複（fù）雜。除具備鎂（měi）鈣磚的特性（xìng）外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好的真空穩定性（xìng）、抗（kàng）熱震性。鎂鈣（gài）碳（tàn）磚的性能同時取決於（yú）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（yuè）好；C含量越高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵（qīn）蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼（gāng）轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對（duì）鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期（qī）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，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕（qīng），是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可（kě）是中（zhōng）期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中（zhōng）及被渣中∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

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

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指（zhǐ）鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬（shǔ）夾（jiá）雜物不僅數量少，而且尺（chǐ）寸很（hěn）小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻（yún），使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉（liàn）的整（zhěng）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（wéi）有白雲（yún）石質即鎂鈣質耐火材（cái）料能淨化鋼水，除去（qù）鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。