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觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為（wéi）耐火材料或多（duō）或少地會對鋼水（shuǐ）產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出（chū）鎂鈣質材（cái）料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

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（wù）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燒或電（diàn）熔的白雲石做原（yuán）料的定型或不定（dìng）形耐火（huǒ）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含量的變化影響（xiǎng）鎂鈣（gài）質製品的高溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量（liàng）越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水（shuǐ）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的不同部位使用條件，合（hé）理選擇鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）火材（cái）料對（duì）淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼（gāng）、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（yào）求嚴格，需要爐外精（jīng）煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均（jun1）勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊（yóu）離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能（néng）。由於CaO的（de）氧勢很低（dī），鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用（yòng）於冶煉低（dī）氧（yǎng）鋼，是爐外精煉冶煉潔淨（jìng）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（hào），研究人員對白（bái）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（liào）中（zhōng）加入一定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料（liào），在高溫真空條件下使用比（bǐ）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（bì）須是CaO含（hán）量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量（liàng）盡可能要低。要使O含量低，就要選（xuǎn）擇氧勢盡可能低（dī）的耐火材料，Mg與Ca在高溫（wēn）下以氣態存在（zài），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（liào）。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采（cǎi）用CaO含量（liàng）高即堿度高的熔渣有利脫（tuō）P，因此，用（yòng）CaO含量高的鎂（měi）鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的熱震穩定性高、抗（kàng）渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護（hù）層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精（jīng）煉，其H主要來自熔渣或（huò）精煉設備內襯耐火材料的水分及（jí）有（yǒu）機添加物。熱力（lì）學分析認為：要（yào）在1200℃下長期烘烤，充（chōng）分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問（wèn）題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性（xìng）能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王（wáng）龍（lóng）光等人（rén）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（zài）鋼水中的溶解（jiě）度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料（liào）。

耐火材料對鋼中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（míng）：在1600℃下，反（fǎn）應45min時，脫S效果更好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為（wéi）了使鋼（gāng）包獲得有效的（de）脫S效果，使用（yòng）白（bái）雲石質鋼包內襯是（shì）很必要的，這樣一方麵可（kě）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（gāng）包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質澆注料對鋼（gāng）中P含量的影響。實驗結果（guǒ）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（jiàng）低到0.01%，進一步提（tí）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（xiǎng）：實驗表（biǎo）明，使用（yòng）含C耐火材料（liào），鋼水顯著（zhe）增C，當（dāng）同一（yī）製品（pǐn）第二次使用時，鋼水僅發生輕微增（zēng）C。

耐火材（cái）料（liào）對鋼（gāng）中H(氫)含量的影響：耐（nài）火材料中的水分以及其中的有機粘結劑（jì）會對鋼水中的H含量產生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中，鋼包（bāo）和中間包係統中使（shǐ）用保（bǎo）護套（tào）管（guǎn）保護主流時，有機粘結劑（jì）導（dǎo）致吸H。對鋼包、中間包烘烤（kǎo），能有效地降低鋼水的吸（xī）H量。

耐（nài）火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮（dàn）化（huà）物在耐火（huǒ）材料中應用受到（dào）關注，如Sialon分解對（duì）鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之（zhī）間，保護套管非常重要，連鑄的（de）增N點就是長水口保（bǎo）護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中（zhōng）夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂（měi）鋁、鎂鉻耐火材料對管線（xiàn）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（gài）質耐火材料能去除鋼（gāng）水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水（shuǐ）夾雜物（wù）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，可有效地去除（chú）鋼中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應（yīng）生成C2S(矽（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔（róng）點化（huà）合物被（bèi）吸附鎂鈣質（zhì）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（shàng）浮（fú）至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活（huó）性CaO含量越高，吸（xī）附鋼（gāng）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法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出（chū），CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的（de）AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度（dù）高，較不燒白雲石磚具有更好的（de）抗高堿度渣侵蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐渣對（duì）三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質（zhì）材料具有良好的抵抗高堿度熔渣（zhā）的侵蝕和滲透能力，這是因為渣（zhā）與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層（céng）致密化而有（yǒu）效抑製熔渣的滲透（tòu）。低堿度熔渣具有較強的（de）侵蝕和（hé）滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

河北鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚（zhuān）種類（lèi）複（fù）雜。除具備鎂鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳（tàn）磚比鎂碳磚具有更（gèng）好的真空穩定性、抗熱震（zhèn）性。鎂鈣碳磚的性能（néng）同時取決於（yú）CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼（gāng）水的（de）效果也（yě）越好；C含量（liàng）越高，抗渣侵蝕和抗剝（bāo）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（gài）碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損率比（bǐ）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（shēng）了C2S保護層；可（kě）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∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重。

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（zhèn）穩定性好，抗酸性熔（róng）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（de）電爐爐（lú）襯。

白雲石質耐（nài）火材料對潔淨鋼的影響

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（jiá）雜物不僅數量少，而且尺（chǐ）寸很小和形態得到控（kòng）製，合金元素成（chéng）分精準並且分布均勻（yún），使鋼材具有（yǒu）高性能、高（gāo）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，一般耐火（huǒ）材料對鋼水或多或少總有些汙染，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（bú）汙染環境。