徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼工藝（yì）的角度研究提高鋼的純淨度（dù），沒有（yǒu）考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是（shì）認為耐火材料或多（duō）或少地會（huì）對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理（lǐ）論研究和實際試驗，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（liàn）鋼包等爐外精（jīng）煉裝置中應用日益增加。

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（gài）質耐火材料主要包括白雲石質耐（nài）火材料、鎂白雲石質耐（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或電熔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（yòng）鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影（yǐng）響鎂鈣質（zhì）製品的高溫使用性能，MgO含（hán）量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。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（lǐ）選擇鎂鈣質耐火材料中的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（shū）鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元（yuán）素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中（zhōng）雜質及夾雜（zá）物以及脫（tuō）氣、調整化學成分（fèn）和均勻化等。鎂鈣（gài）質耐火材料中的（de）遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜（zá）質反應，使其轉（zhuǎn）移到爐渣中，具有（yǒu）除去（qù）雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢（shì）很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶（yě）煉低氧鋼，是（shì）爐外精煉（liàn）冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐（nài）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（yún）石質耐火（huǒ）材料（liào）進行了許多試驗研究（jiū），取得（dé）了很好（hǎo）的（de）結果。

MgO在真空條件下容易揮（huī）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質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高（gāo）的高堿度渣，並且（qiě）鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含（hán）量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火（huǒ）材料，Mg與Ca在（zài）高溫下以氣態存在，在鋼水中的（de）溶解度很小，而CaO的氧勢也（yě）很小，因此，精煉設（shè）備應該選用鎂鈣質耐火材料（liào）。溫度升高（gāo）不利於脫（tuō）P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔（róng）渣（zhā）有利脫P，因此，用CaO含量（liàng）高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利（lì）脫P。

鎂（měi）鈣質耐火材料的熱震（zhèn）穩定性高、抗渣滲透性好，特（tè）別是熔渣中SiO2滲（shèn）入（rù）會與MgO-CaO耐（nài）火材料中的（de）CaO反應生成（chéng）高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透（tòu）。

關於（yú）H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材（cái）料的水分及有機添加物（wù）。熱（rè）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。

鎂鈣質耐火（huǒ）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（rèn）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（zhōng）的溶解（jiě）度很小，被認為是防止鋼水增氧（yǎng）的有效材料（liào）。

耐火材料（liào）對鋼中S的影響：田琳等（děng）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（jié）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率降低，出現“回S”現（xiàn）象。為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（bì）要（yào）的，這樣一方（fāng）麵（miàn）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（miǎn）強還原條件下鋼包渣導致耐火材（cái）料的過度消耗。

耐火材料對鋼中（zhōng）P含量的影響：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%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表（biǎo）明，使用（yòng）含C耐火材料，鋼水顯（xiǎn）著增C，當同一製品第二次使（shǐ）用時，鋼水僅發生輕微（wēi）增C。

耐火材料對鋼中H(氫（qīng）)含（hán）量的影（yǐng）響：耐火材料中的水分以及（jí）其中的（de）有機粘結劑會對鋼水中（zhōng）的H含量產生顯著影響。連鑄過程（chéng）中，鋼包和中間（jiān）包係統中使用保護（hù）套管保護（hù）主流時，有機粘結劑導致（zhì）吸H。對（duì）鋼（gāng）包、中間包烘烤，能有效地降低（dī）鋼水的（de）吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳統耐火材（cái）料N含量很低，近年來（lái）氮化物在耐火材料中應用受到（dào）關注，如（rú）Sialon分解對鋼水造（zào）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（diǎn）就是長水口保護（hù），此處增（zēng）N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾（jiá）雜物（wù）的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗（yàn）表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜（zá）物，其（qí）餘的堿性（xìng）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（nài）火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物（wù），熔點約（yuē）為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點（diǎn）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，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁（liáng）義兵等人采用（yòng）靜態坩堝法（fǎ）研究3種不鏽鋼（gāng）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高堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕和（hé）滲透能力比較（jiào）強。燒成白雲石磚基（jī）質（zhì）部分致密程度高（gāo），較不燒白雲石磚具有更好（hǎo）的抗（kàng）高（gāo）堿度（dù）渣侵（qīn）蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕（shí）和滲透比高堿度渣嚴重（chóng）得多。相對而言，燒（shāo）成的鎂鈣磚（zhuān）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渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材料（liào）具有良好的抵抗高堿度熔渣（zhā）的侵蝕和滲透（tòu）能力，這是因為渣（zhā）與鎂鈣材料作用析出C3S，使（shǐ）材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕（shí）和滲透能力，主要是（shì）熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

定安鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的性能及（jí）抗侵（qīn）蝕的研（yán）究

鎂鈣碳磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂（měi）鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳（tàn）磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於（yú）CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落（luò）性能越好，淨化鋼（gāng）水的效果也越好；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（xián）等人采用煉鋼（gāng）轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕，是因為在磚的界麵上（shàng）產生了C2S保護層；可（kě）是中期渣和終期（qī）渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕（shí）損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重。

孫惠章（zhāng）等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性（xìng）和熱震穩定性好，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P等，適合冶煉鋼的電爐（lú）爐襯。

白雲石質耐火（huǒ）材料對潔淨（jìng）鋼的（de）影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物（wù）不僅數量少，而且尺寸很小（xiǎo）和形態得到控製，合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（shuǐ）從冶煉到精煉（liàn）的整個過程中，耐火材料（liào）始（shǐ）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（qiě）不汙染環境。