徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有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）認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣（gài）質）耐火材料的理論（lùn）研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料（liào）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、精煉鋼包等爐外（wài）精煉裝置中應用日（rì）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，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲（yún）石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆（duàn）燒或電熔的（de）白雲石做原料（liào）的定型或不定形耐火（huǒ）材（cái）料；鎂白雲石和鎂鈣質耐（nài）火材料是用鎂（měi）石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的（de）變化影響鎂鈣質製品（pǐn）的高溫使用性（xìng）能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗水（shuǐ）化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高溫蠕變（biàn）越大，抗剝落性能和（hé）脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性（xìng）能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中（zhōng）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、特殊鋼等對鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜（zá）物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除（chú）去鋼中（zhōng）雜（zá）質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質（zhì）耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除（chú）去雜質、淨化鋼水的（de）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（yǎng）鋼（gāng），是爐（lú）外精煉冶煉（liàn）潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼（gāng）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（yuán）對白雲石（shí）質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結（jié）果。

MgO在真（zhēn）空條（tiáo）件下容易（yì）揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的（de），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（zhōng）加入（rù）一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高（gāo）溫真空（kōng）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（shuǐ）S含量（liàng）低（dī），熔渣必須是CaO含量高的高堿度（dù）渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要（yào）低。要（yào）使O含量低，就要選擇（zé）氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）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（dàn）鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量（liàng）高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂（měi）鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣（zhā）中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材（cái）料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或（huò）C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

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（huǒ）材料的水（shuǐ）分（fèn）及有機添加物。熱力（lì）學分（fèn）析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排（pái）除（chú）其中的水分，就不存在鋼（gāng）水中氫（H）含量增高問題。

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（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，在鋼水中的溶解度很小，被認（rèn）為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的（de）影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢（jiǎn）驗鎂鈣質耐火材料的脫（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率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使（shǐ）用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡（jìn）可能降低（dī）鋼包內襯（chèn）的再氧化能（néng）力，另一方麵可以避免強還（hái）原條件下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量（liàng）的（de）影響：匡加才研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中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（jìn）一步提（tí）高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅有小幅度降低。

耐（nài）火材料對鋼（gāng）水碳含量（liàng）的影響：實驗表（biǎo）明，使用含C耐火材（cái）料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生（shēng）輕微增C。

耐火材料（liào）對鋼（gāng）中H(氫)含量的影響：耐火（huǒ）材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水（shuǐ）中的（de）H含量產生顯（xiǎn）著影（yǐng）響。連鑄（zhù）過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結（jié）劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤（kǎo），能（néng）有效地降低鋼水（shuǐ）的吸（xī）H量。

耐火材料對鋼（gāng）中N(氮)含量的影響：傳（chuán）統（tǒng）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（rú）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（shuǐ）中夾（jiá）雜物（wù）的影響：田琳等（děng）人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反（fǎn）應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其（qí）餘的堿性耐火材料（liào）均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等（děng）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，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C3S(矽酸三鈣)高熔點化（huà）合物被吸附鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）表麵，形（xíng）成保護層，或者從鎂（měi）鈣質耐火材料表麵上剝落（luò）下來上浮至保護（hù）渣層中；在鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的活性CaO含量越高，吸附鋼（gāng）水中夾（jiá）雜物的能（néng）力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義（yì）兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強（qiáng）。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好（hǎo）的抗（kàng）高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三（sān）種磚的侵蝕和滲（shèn）透比高堿度渣嚴重得多。相（xiàng）對而言，燒（shāo）成的鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕性明（míng）顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕（shí）能力（lì）好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料（liào）具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能（néng）力，這（zhè）是因為渣（zhā）與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層（céng）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（néng）力，主要（yào）是熔渣對（duì）基質的強溶蝕並滲透作用。

珠海（hǎi）鎂磚之鎂鈣碳磚的性（xìng）能（néng）及抗侵蝕的（de）研究

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

鎂（měi）鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采（cǎi）用煉鋼轉爐（lú）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：初期渣（zhā）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（qīn）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，MgO—CaO—C磚的蝕損（sǔn）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∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章（zhāng）等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性（xìng）熔（róng）渣能力強；而（ér）且磚（zhuān）中的CaO有利（lì）於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼（gāng）的電爐爐襯。

白雲石質（zhì）耐火材料對（duì）潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性（xìng）能、高品質。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，一般耐（nài）火（huǒ）材料對鋼水或多或少總有些（xiē）汙染，唯有白雲石質即（jí）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（wū）染環境。