徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角（jiǎo）度研究（jiū）提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料（liào）對鋼水的淨化作用，總（zǒng）是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生（shēng）汙染。可是通（tōng）過對白（bái）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不汙染鋼水，反（fǎn）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（yòng）日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特（tè）征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為（wéi）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、鎂鈣質耐火材料（liào）。

其中，白雲（yún）石質耐火材料是指全（quán）部用煆燒或電熔（róng）的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料（liào）；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石（shí）合成的耐火材（cái）料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響（xiǎng）鎂鈣質製品（pǐn）的（de）高溫使用性能，MgO含量越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越（yuè）強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大（dà），抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但（dàn）抗水化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越（yuè）差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使（shǐ）用條件，合理選擇（zé）鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中（zhōng）的雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格（gé），需要爐（lú）外精煉除去鋼中（zhōng）雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，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（shì）合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶煉潔淨鋼、純淨鋼（gāng）、特殊鋼等設備（bèi）的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材（cái）料消耗，研究人員對白雲石質耐火材（cái）料進行了（le）許多試驗研究，取得了很好的結（jié）果。

MgO在真空條件下容易揮發，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相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質（zhì）耐火材料，在高溫真空條件下使用比純（chún）MgO質耐火材（cái）料更合適。

鋼水（shuǐ）中的脫（tuō）S反（fǎn）應中，要（yào）使鋼（gāng）水S含量低，熔渣（zhā）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（yào）選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（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含量高即堿度高的熔（róng）渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐（nài）火材料同樣也有利（lì）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（huì）與MgO-CaO耐火材料中（zhōng）的（de）CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形（xíng）成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其（qí）H主要（yào）來自熔渣或精煉設備內（nèi）襯耐火材料的水（shuǐ）分及有機添加物。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（zài）鋼水中氫（H）含（hán）量增高（gāo）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響：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，在鋼水中的溶解度（dù）很小，被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）琳等人試驗研究鎂（měi）鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料（liào）的脫（tuō）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（le）使鋼包獲得有效（xiào）的脫S效果，使用白雲石（shí）質鋼包（bāo）內襯是很必要（yào）的，這樣一方麵可以盡可（kě）能降低鋼包內襯（chèn）的再氧化能力，另一方麵可以（yǐ）避免強還原條件（jiàn）下鋼包渣導（dǎo）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（duì）鋼中P含（hán）量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中（zhōng）P含量大幅（fú）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（xiǎo）幅度降低。

耐（nài）火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火（huǒ）材料（liào），鋼水顯著增C，當同一製（zhì）品第二次（cì）使用時，鋼（gāng）水僅發生輕微（wēi）增C。

耐（nài）火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分（fèn）以及其中的有機粘結劑會對鋼（gāng）水中的H含量產生顯著影響。連（lián）鑄過程中（zhōng），鋼包和中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)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近（jìn）年（nián）來氮（dàn）化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（gāng）包與中間包之間（jiān），保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增（zēng）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（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下（xià），隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿（jiǎn）性耐火材料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（de）複合（hé）化合物（wù），熔（róng）點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和（hé）C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點化合物（wù）被吸附鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料表麵，形成保護（hù）層，或者從鎂鈣質耐火材（cái）料表麵上剝落下來上浮至保護渣層（céng）中；在鎂鈣質耐火（huǒ）材料中（zhōng）的活性CaO含量（liàng）越高，吸附鋼（gāng）水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的抗（kàng）侵蝕性能：梁義兵等人采用靜（jìng）態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性。試（shì）驗結（jié）果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能（néng）力比較強。燒成白雲（yún）石（shí）磚基質部分致密程度高（gāo），較不燒白雲石（shí）磚具有更好的抗高堿度（dù）渣侵蝕性。堿度較（jiào）低的（de）VOD爐（lú）渣對三種磚（zhuān）的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性（xìng）明顯好於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕能力好於CaO含量低（dī）的鎂鈣磚。鎂（měi）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，這是因為渣與鎂鈣材料作（zuò）用析出C3S，使材料表層致（zhì）密化而有效抑製熔渣（zhā）的滲透。低堿度熔渣具有（yǒu）較強的（de）侵蝕和滲透能力，主要是熔渣（zhā）對基質的強溶蝕並滲透作用。

滄州鎂（měi）磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種（zhǒng）類複雜。除具（jù）備鎂鈣磚的特（tè）性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有（yǒu）更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時（shí）取決於CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越（yuè）高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的（de）效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚（zhuān）的侵蝕（shí）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（zhuān）高（gāo）7.3%，是因（yīn）為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因（yīn）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磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為（wéi）其在高溫中及被渣中∑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（xìng）好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫（tuō）P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石（shí）質耐火材料對（duì）潔淨鋼的影響

潔淨鋼（gāng）係指鋼中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量（liàng）非常少（shǎo），非（fēi）金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到（dào）控製，合金元素成分精準並且分布均（jun1）勻，使鋼材具有高性能、高品（pǐn）質（zhì）。在鋼水從冶煉到精煉的（de）整個過程中，耐（nài）火材料始終與鋼水接觸，一（yī）般耐火材料對鋼（gāng）水或多或（huò）少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材（cái）料能淨化鋼水，除去鋼中的（de）非金屬夾雜物，而且不汙染環境。