徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直（zhí）接接觸的耐火材料對（duì）鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或（huò）多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲石（shí）質（鎂鈣質）耐火材料的理論研（yán）究和實際試驗，得出鎂鈣（gài）質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精（jīng）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）是天然礦物原料，煆燒（shāo）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（shí）質耐（nài）火材料、鎂白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂鈣（gài）質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全（quán）部用煆燒或電熔的白雲石做（zuò）原料的定（dìng）型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐（nài）火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣（gài）質製品的（de）高溫使用性（xìng）能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水化能力（lì）越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變（biàn）越大，抗（kàng）剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性（xìng）能越差。因此，應該根據爐外（wài）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影響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼等對（duì）鋼中（zhōng）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。鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料中的遊離CaO，易與鋼（gāng）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（jìng）化鋼水的功能。由於（yú）CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂鈣（gài）質耐火材料也適合用於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了（le）淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白（bái）雲石質耐火（huǒ）材料進行了許多試驗研究，取（qǔ）得（dé）了很好的結果。

MgO在真空條（tiáo）件下（xià）容易揮發，而（ér）CaO對MgO的揮發性是有影（yǐng）響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使（shǐ）MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入（rù）一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在（zài）高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼（gāng）水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且（qiě）鋼（gāng）水中溶（róng）解的O含量盡可能（néng）要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料（liào），Mg與Ca在高溫下（xià）以氣態存在，在鋼水中（zhōng）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（gāo）不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利（lì）脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利（lì）脫P。

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

關於H含（hán）量（liàng）的問題，采用真（zhēn）空精（jīng）煉，其H主要來自（zì）熔（róng）渣或精（jīng）煉設備內襯耐火材料的（de）水分及有機添加物。熱力學分析認為（wéi）：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就（jiù）不存在鋼水中氫（H）含（hán）量增高問題（tí）。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

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

耐火材料對鋼中S的影響：田（tián）琳（lín）等人試（shì）驗研究（jiū）鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的（de）反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果（guǒ）。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫S率降低，出現“回（huí）S”現象。為了（le）使鋼包獲得有效的脫S效果，使（shǐ）用（yòng）白雲石質鋼包內襯是（shì）很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼（gāng）包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度消耗。

耐（nài）火材料對鋼中P含量的影響（xiǎng）：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實（shí）驗結果表明：當澆（jiāo）注料（liào）中w（CaO）為25%時，鋼中（zhōng）P含量大幅度降（jiàng）低，由原（yuán）始的0.1%降低到（dào）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的影（yǐng）響：實驗表明，使（shǐ）用含C耐（nài）火材（cái）料，鋼水（shuǐ）顯著增C，當同一製品第二次使用（yòng）時，鋼水僅發生輕（qīng）微增C。

耐（nài）火材料對鋼中（zhōng）H(氫)含（hán）量的影響：耐火材料中的（de）水分以及其中的有機（jī）粘結（jié）劑會對鋼水中（zhōng）的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和（hé）中間包係統中使用保（bǎo）護套管保護主流時，有（yǒu）機粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼包、中間包（bāo）烘烤，能有效（xiào）地降低鋼（gāng）水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮（dàn）化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在（zài）鋼包與中間包之間，保護（hù）套管非常重要，連（lián）鑄的增N點就是長水口保護，此處（chù）增N可達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料對鋼水中夾雜物的影（yǐng）響：田琳等人研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對（duì）管線鋼鋼水潔淨化的影響，實（shí）驗表明：在反應30min的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料能去除鋼水中的夾雜物（wù），其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂（měi）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（diǎn）約為（wéi）1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高（gāo）熔（róng）點化合物被吸附鎂（měi）鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或（huò）者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的活性CaO含（hán）量越高，吸（xī）附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣（gài）質耐火材料的（de）抗（kàng）侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法（fǎ）研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣性。試驗結（jié）果得（dé）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。燒成白雲石磚（zhuān）基質部分（fèn）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。堿度較低的（de）VOD爐渣對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（hǎo）於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量（liàng）低的鎂鈣磚。鎂（měi）鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣（zhā）的侵（qīn）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（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作（zuò）用。

銅陵鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂（měi）鈣磚種類複雜。除具備鎂（měi）鈣磚的特（tè）性（xìng）外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更（gèng）好的真空穩定性、抗熱震性。鎂（měi）鈣碳（tàn）磚的性能同時取決於（yú）CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝（bāo）落性能越好，淨化（huà）鋼水的效果也越好；C含量（liàng）越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能（néng）越強。

鎂鈣（gài）碳（tàn）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（qī）渣分別對（duì）鎂鈣碳磚及鎂碳磚的（de）侵（qīn）蝕進行實驗（yàn）。實驗結果表明：初（chū）期渣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（luò），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，MgO—CaO—C磚的蝕（shí）損率反而分別（bié）比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶（róng）解，所以（yǐ）比MgO—C磚侵（qīn）蝕嚴重（chóng）。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚（zhuān）高溫抗氧化性和熱（rè）震穩定性好，抗（kàng）酸性熔渣能力（lì）強；而且磚（zhuān）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。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼（gāng）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，使鋼材具有高性能（néng）、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過（guò）程中，耐火材料始終與鋼水接觸，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，而且不汙染環境。