徐平坤

以前，從煉鋼工藝的（de）角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接（jiē）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生汙染。可是（shì）通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試（shì）驗，得出（chū）鎂鈣質材（cái）料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且（qiě）也不汙染（rǎn）環境，在（zài）AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉（liàn）裝置中應用日益增加。

白雲石與（yǔ）鎂（měi）鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料（liào）主要包括白（bái）雲石質耐火材料、鎂白（bái）雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白（bái）雲石質耐火材料是指全部用煆燒（shāo）或電熔的（de）白雲石做原料的定（dìng）型或（huò）不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材（cái）料是用鎂石（shí）與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能（néng），MgO含量越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化（huà）能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的（de）能力越強，高溫蠕（rú）變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能越差。因此（cǐ），應該根據爐（lú）外精煉等熱工設（shè）備（bèi）的（de）不同（tóng）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淨化（huà）鋼水作用的影響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼等對鋼（gāng）中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除（chú）去鋼中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（liào）中的遊離（lí）CaO，易與鋼水中（zhōng）的S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉移到爐渣中，具有（yǒu）除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂（měi）鈣質耐火材料也適合用（yòng）於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉（liàn）潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近（jìn）年來（lái），為了淨（jìng）化（huà）鋼水、延長爐襯壽（shòu）命、降低耐火材料消耗，研究人員對白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在真空條件下容易揮發（fā），而CaO對（duì）MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就（jiù）可使（shǐ）MgO相對揮（huī）發性（xìng）大大降（jiàng）低。因此，MgO質材料中加（jiā）入一定量的（de）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。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含（hán）量低（dī），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，就要選擇氧（yǎng）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（yǎng）勢也很小，因此，精煉設備應該選（xuǎn）用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高即堿度高的熔渣（zhā）有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量（liàng）高（gāo）的鎂鈣質耐火材料同樣也（yě）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（shì）熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高（gāo）熔點化合物（wù）C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製熔渣的滲（shèn）透。

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

鎂鈣質耐火材料對（duì）鋼水（shuǐ）性能的影響

耐火材料（liào）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熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解（jiě）度很小，被（bèi）認為是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效材料。

耐火材（cái）料對鋼中S的影響：田（tián）琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼（gāng）水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂鈣質（zhì）耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時（shí），脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用（yòng）白雲石質（zhì）鋼包內襯是很必要的，這樣一（yī）方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，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（dù）消耗。

耐火材料對鋼中P含量（liàng）的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中（zhōng）P含量的影響。實驗結果表明：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%降低到0.01%，進一步（bù）提高CaO含量，鋼（gāng）中P含量（liàng）僅有小幅度降低。

耐火材料（liào）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，當同一製品第（dì）二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼（gāng）中H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火材料中的水分以及其中的有（yǒu）機粘結劑（jì）會對鋼水中的H含量（liàng）產生顯著影（yǐng）響。連鑄過程（chéng）中，鋼包和中間包係統中使（shǐ）用保護套管保護主流（liú）時，有機粘結劑導（dǎo）致吸H。對鋼包、中間包烘（hōng）烤，能（néng）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（hán）量很低，近年來氮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。

耐火材料對鋼水中夾雜物（wù）的影響：田（tián）琳等人研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管（guǎn）線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻（zhī）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（yuē）為1400℃左右，可有效地（dì）去除（chú）鋼（gāng）中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化（huà）合物被吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表麵，形（xíng）成保（bǎo）護層，或者從鎂鈣質耐火材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（xī）附鋼水（shuǐ）中（zhōng）夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料的（de）抗（kàng）侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗（kàng）渣性。試驗結果得出，CaO含（hán）量高的白雲石磚抗高堿度（dù）的AOD渣（zhā）侵蝕和滲透能力（lì）比較強。燒成白雲石磚基質部（bù）分致密程度高，較（jiào）不燒白雲石磚具有更好的抗（kàng）高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴重得多。相對而言，燒成（chéng）的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵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蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具有良好的抵抗高堿（jiǎn）度熔渣的（de）侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作（zuò）用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑（yì）製熔渣的滲透。低（dī）堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透作用。

長壽鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚（zhuān）主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有（yǒu）更好的真空穩定性、抗熱震（zhèn）性（xìng）。鎂鈣碳磚的性（xìng）能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性（xìng）能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量（liàng）越高，抗渣侵蝕和抗剝（bāo）落性能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚的抗侵蝕研究（jiū）：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐（lú）的初期渣、中期渣（zhā）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（jié）果表明：初期渣MgO—C磚蝕（shí）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（de）侵蝕較輕，是（shì）因為在磚的界麵上產（chǎn）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（hé）1.2%，因為其在高溫中及被渣中（zhōng）∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性（xìng）和（hé）熱震穩定性好，抗（kàng）酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶（yě）煉鋼的電爐爐襯。

白雲石（shí）質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物（wù）不僅數量少，而且尺（chǐ）寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使（shǐ）鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過（guò）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（wū）染，唯有白雲（yún）石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。