徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接（jiē）接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多（duō）或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質（zhì）材料（liào）不但不（bú）汙染（rǎn）鋼水，反而能（néng）淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包（bāo）等爐外精煉（liàn）裝置中應用（yòng）日益增加。

白（bái）雲石與鎂（měi）鈣質耐火材料的特（tè）征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原（yuán）料，煆燒後（hòu）的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為（wéi）1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料（liào）、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石（shí）質耐火（huǒ）材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做（zuò）原（yuán）料的定型或不定形耐火（huǒ）材料（liào）；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白（bái）雲（yún）石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的（de）變化影響鎂（měi）鈣質（zhì）製品的高溫使用性能，MgO含量越高，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，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效（xiào）果越好，但抗水化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該（gāi）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（děng）對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等（děng）夾雜物的含量要求嚴格，需（xū）要爐外精煉（liàn）除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成（chéng）分和均勻化等（děng）。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣（gài）質耐火材料也適合用於冶煉（liàn）低（dī）氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼（gāng）、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火（huǒ）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）對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取（qǔ）得了很好的結（jié）果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性（xìng）是（shì）有影響的，含有10%～20%CaO（摩（mó）爾分數）就可使MgO相對揮發（fā）性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質（zhì）耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料（liào）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含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的（de）O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下（xià）以氣態存在，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，而CaO的（de）氧勢也很小，因此，精煉（liàn）設備應（yīng）該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中（zhōng）采（cǎi）用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同（tóng）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，特別是熔（róng）渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成（chéng）高熔點化合物C2S或C3S,形成保（bǎo）護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的（de）問（wèn）題，采用真空精（jīng）煉，其H主要來自熔渣或精煉設備（bèi）內襯耐火材料的水分及有機（jī）添加物。熱（rè）力學分析認為：要（yào）在1200℃下長期烘（hōng）烤，充分排除（chú）其中的水分，就（jiù）不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼（gāng）水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩（wěn）定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧（yǎng）的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人（rén）試驗研究（jiū）鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反（fǎn）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（tuō）S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為（wéi）了使鋼包（bāo）獲得有效的脫S效果（guǒ），使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這（zhè）樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再（zài）氧化（huà）能力，另一方（fāng）麵可以避免強還原條件下鋼包（bāo）渣（zhā）導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對（duì）鋼（gāng）中P含量的影響：匡（kuāng）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（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量（liàng）大幅度降低，由原始的（de）0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量（liàng）僅有小幅度降低。

耐火材料（liào）對鋼（gāng）水碳（tàn）含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著（zhe）增C，當同一製品第二次使用（yòng）時，鋼水僅發（fā）生輕微增C。

耐火材料對鋼中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會對（duì）鋼（gāng）水中的（de）H含量產生顯著影響（xiǎng）。連鑄過程中（zhōng），鋼包和中間包係統中使用保護套管（guǎn）保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降（jiàng）低鋼水的吸（xī）H量。

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的影響：傳（chuán）統（tǒng）耐火材料N含量很（hěn）低，近年來氮化物（wù）在耐（nài）火材料中應用受到關注（zhù），如（rú）Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼（gāng）包與中間包之間，保護套管非常重（chóng）要，連鑄的增N點（diǎn）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：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）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（wù），其餘的（de）堿性（xìng）耐火材料均使（shǐ）鋼水夾雜物數量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應（yīng）生（shēng）成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約（yuē）為1400℃左右，可有效地去（qù）除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣（gài）)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質（zhì）耐火材料中的（de）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：梁義兵等人采用靜（jìng）態坩（gān）堝法研究3種不鏽鋼冶煉（liàn）用（yòng）鎂鈣磚的抗渣性。試（shì）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。燒（shāo）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的抗高堿度（dù）渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對（duì）三種磚的侵蝕和滲（shèn）透比高堿（jiǎn）度渣嚴重得多（duō）。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堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低（dī）的鎂鈣磚。鎂鈣（gài）質材料具有（yǒu）良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是（shì）因為渣（zhā）與鎂鈣材料作（zuò）用析出C3S，使材料表層致密化（huà）而（ér）有效（xiào）抑（yì）製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

酒泉鎂（měi）磚之鎂鈣碳磚的（de）性能及抗（kàng）侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳（tàn）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，鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳磚具有更好（hǎo）的真空穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好（hǎo），淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能（néng）越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人（rén）采用煉鋼轉（zhuǎn）爐的初期渣、中期渣和（hé）終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行（háng）實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重（chóng）；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較輕，是因為在磚的界（jiè）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。

孫惠章（zhāng）等（děng）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（róng）渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐（nài）火材（cái）料對潔淨鋼（gāng）的影響（xiǎng）

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（cùn）很（hěn）小和形態得到控製，合金元素成分精（jīng）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（de）整個過程中，耐火材料始（shǐ）終與鋼水接（jiē）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（jiá）雜物（wù），而（ér）且不汙染環境。