徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度（dù），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（liào）或多或（huò）少地會對鋼水產生汙染。可是通過對（duì）白雲石質（鎂鈣質（zhì））耐火（huǒ）材料（liào）的（de）理論研究和實際（jì）試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而（ér）能淨化鋼水，並且也不（bú）汙（wū）染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐外（wài）精煉裝置中應用日益增（zēng）加。

白雲石與鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料（liào）的特征

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

其中，白雲石質耐火材料是（shì）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（nài）火材料是（shì）用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的變化影響鎂（měi）鈣質製品的高（gāo）溫使用性能（néng），MgO含（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；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、脫磷的效果越好，但抗水化和（hé）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（bèi）的不同部位使用條件，合理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（de）影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質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（wài）精煉除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（zhì）耐火（huǒ）材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質（zhì）反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功（gōng）能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也（yě）適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔（jié）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、延長爐襯壽命、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（xǔ）多試驗研究，取得了很（hěn）好的結果。

MgO在真（zhēn）空條（tiáo）件下（xià）容易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可（kě）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（zhì）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（shuǐ）中的脫S反應中，要使鋼水S含量（liàng）低，熔渣必須是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，就要選擇（zé）氧勢盡（jìn）可能低（dī）的耐（nài）火材料，Mg與Ca在高溫下以氣（qì）態存在（zài），在（zài）鋼（gāng）水（shuǐ）中的溶解度很小，而CaO的氧勢（shì）也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度（dù）升高不利於脫（tuō）P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量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（shì）熔渣中（zhōng）SiO2滲（shèn）入會與MgO-CaO耐火材料中的（de）CaO反應生成高（gāo）熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采（cǎi）用真空精煉，其（qí）H主（zhǔ）要（yào）來自熔渣或（huò）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（rèn）為（wéi）：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的（de）水分，就不存在鋼（gāng）水（shuǐ）中氫（H）含量增（zēng）高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材（cái）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（de）CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的（de）溶解度很小，被認為（wéi）是防止鋼水增氧的有效材（cái）料。

耐火材料（liào）對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好（hǎo），脫S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫S率降（jiàng）低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效（xiào）的脫S效果，使用（yòng）白雲石質鋼包內襯（chèn）是很必要的，這樣一（yī）方麵可以盡可能降低鋼（gāng）包內襯的再氧化能力，另一（yī）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（gāng）中P含量（liàng）的影響：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（zhōng）P含量大幅度降低，由（yóu）原始的0.1%降（jiàng）低到0.01%，進（jìn）一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火（huǒ）材料對鋼水（shuǐ）碳含量的影響：實驗表明（míng），使用含C耐火（huǒ）材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二（èr）次使用時，鋼水僅發生輕（qīng）微增C。

耐火（huǒ）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（jié）劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中（zhōng），鋼包和中間包係統中使用保護（hù）套管（guǎn）保護（hù）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（huǒ）材料對鋼中N(氮（dàn）)含量的影響：傳統耐火材料（liào）N含量很低，近年來氮化物（wù）在耐火材料中應用受（shòu）到關注，如Sialon分解對鋼水造成（chéng）增N。更大（dà）的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄（zhù）的（de）增（zēng）N點（diǎn）就是（shì）長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對（duì）鋼水中夾雜物的影響：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，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水（shuǐ）中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均（jun1）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的複合化合物，熔點約為1400℃左右（yòu），可有效地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔（róng）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（bāo）落下來上浮至保護渣層中；在（zài）鎂（měi）鈣質耐火材料中的活性CaO含量（liàng）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：梁義兵等人采用靜態坩堝（guō）法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度（dù）的AOD渣（zhā）侵蝕和（hé）滲透能力（lì）比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石（shí）磚具（jù）有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕（shí）和滲透（tòu）比高堿（jiǎn）度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性（xìng）明顯（xiǎn）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（lì）好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良（liáng）好的抵（dǐ）抗高堿（jiǎn）度熔（róng）渣的（de）侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出（chū）C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是（shì）熔渣對基質（zhì）的強溶蝕（shí）並滲透作用。

南（nán）寧鎂磚之鎂（měi）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磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好（hǎo）的真空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性能同（tóng）時取決於（yú）CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含（hán）量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂（měi）鈣碳磚的抗侵（qīn）蝕研究：崔淑賢（xián）等人采用煉鋼轉爐的初期渣（zhā）、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及（jí）鎂碳磚的（de）侵蝕（shí）進行實驗。實驗（yàn）結（jié）果表明：初期渣（zhā）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磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕（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磚侵蝕嚴重（chóng）。

孫惠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好，抗酸性熔渣能力強；而且磚（zhuān）中的CaO有利於鋼水的脫O、脫（tuō）S、脫P等（děng），適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材（cái）料對潔淨鋼的（de）影（yǐng）響

潔淨鋼（gāng）係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬夾雜物不僅數量少（shǎo），而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素（sù）成分精準並且分布均勻（yún），使鋼材具有高性能、高品質（zhì）。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般（bān）耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料能淨化鋼水，除去鋼（gāng）中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。