徐平坤

以前，從煉鋼工藝的（de）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（liào）對鋼水的淨化作用，總是認（rèn）為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染（rǎn）。可是通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質（zhì））耐火材料的理論研究和實（shí）際試驗，得出鎂（měi）鈣（gài）質材（cái）料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐（lú）外（wài）精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材（cái）料的特征

白（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦（kuàng）物原料，煆燒後的理論組成為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐（nài）火材料主要包括白雲石質耐火材料（liào）、鎂白雲石（shí）質耐火（huǒ）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（shí）做原料的定型或不定形耐火材料（liào）；鎂（měi）白雲石和鎂鈣質耐火材料（liào）是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的變化影響鎂鈣質製品（pǐn）的（de）高溫使用性能（néng），MgO含量（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣（zhā）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，但抗水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據（jù）爐（lú）外精煉等熱工設備的不同部位使（shǐ）用條件，合理選擇鎂鈣質耐（nài）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（yǐng）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（jiá）雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以（yǐ）及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂（měi）鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應（yīng），使其轉移到爐渣（zhā）中，具有除去雜（zá）質、淨化鋼水的功能。由於CaO的（de）氧勢（shì）很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為（wéi）了淨化鋼（gāng）水（shuǐ）、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（huǒ）材料進行了許多試驗研究（jiū），取得了很好的（de）結果。

MgO在真空（kōng）條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發（fā）性是有影響的（de），含有10%～20%CaO（摩爾分數）就（jiù）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（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在高（gāo）溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐火材料更合（hé）適。

鋼水中的脫S反（fǎn）應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿（jiǎn）度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要（yào）低。要使O含量低，就要選擇（zé）氧勢盡可能低（dī）的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解（jiě）度很小（xiǎo），而CaO的氧勢也很小，因此，精（jīng）煉設備應該（gāi）選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用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（cái）料同（tóng）樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱（rè）震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔（róng）渣（zhā）中SiO2滲入會與MgO-CaO耐（nài）火材料（liào）中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保（bǎo）護層，從而抑製熔（róng）渣的（de）滲透。

關於H含量的問題，采用真空（kōng）精煉，其H主要（yào）來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增（zēng）高（gāo）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（liàng）的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具（jù）有很（hěn）低的氧平衡（héng）分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認（rèn）為是防止鋼水增氧的（de）有效材料。

耐火材料對鋼（gāng）中S的影響：田琳等人（rén）試驗研究（jiū）鎂鈣磚與鋼水中S的反（fǎn）應，檢驗（yàn）鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效（xiào）果更好，脫（tuō）S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的（de）脫S效果，使用白雲石質鋼包（bāo）內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再（zài）氧化能力，另一（yī）方麵可以避免強還原條件（jiàn）下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的（de）影（yǐng）響：匡加才研（yán）究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實（shí）驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為（wéi）25%時（shí），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（liàng）的影（yǐng）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時，鋼（gāng）水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水（shuǐ）分以及其（qí）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，鋼（gāng）包和中間包係統中使（shǐ）用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼（gāng）包、中間包烘烤，能有（yǒu）效地降低鋼水的吸H量（liàng）。

耐火材料對鋼中N(氮)含量（liàng）的影響：傳統耐火材料N含（hán）量很低，近年來氮化物在（zài）耐火材料中應用受到關注（zhù），如Sialon分（fèn）解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之（zhī）間，保護套管非（fēi）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（huǒ）材料對鋼水中夾雜物（wù）的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情（qíng）況下，隻（zhī）有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜（zá）物（wù），其餘的堿（jiǎn）性耐火材（cái）料均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（fǎn）應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效地去除（chú）鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣（gài）)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點化合（hé）物（wù）被吸附鎂（měi）鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者（zhě）從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中（zhōng）；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸（xī）附鋼水中夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩（gān）堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得（dé）出（chū），CaO含量高的白（bái）雲石磚抗高堿度的AOD渣（zhā）侵蝕和滲透（tòu）能力比較強。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的抗高堿度渣侵蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐渣對三種磚的（de）侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言（yán），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（liàng）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（zhuān）。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的（de）侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂（měi）鈣（gài）材（cái）料作（zuò）用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔（róng）渣具有較強的侵蝕和滲透（tòu）能力，主（zhǔ）要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

石景山鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳（tàn）磚主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性（xìng）外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真（zhēn）空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝（bāo）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（chū）期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕（shí）進行實驗。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MgO—C磚產生結構（gòu）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（le）C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而（ér）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（sūn）惠章等人研究（jiū）結果（guǒ）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；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫（tuō）P等，適合冶煉鋼的電（diàn）爐爐襯。

白雲石（shí）質耐火材料對潔淨鋼（gāng）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（cùn）很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高（gāo）品質。在鋼水從冶煉到（dào）精煉的整（zhěng）個過程中，耐火材料始終（zhōng）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（zhì）即鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）能淨化（huà）鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物（wù），而且不（bú）汙染環境。