徐平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝的（de）角度研究提（tí）高（gāo）鋼的純淨度，沒（méi）有考慮與鋼水直接接（jiē）觸（chù）的（de）耐火材料對鋼水（shuǐ）的淨化作用，總是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（shí）質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不（bú）汙染環境，在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼包等爐（lú）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征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦物原（yuán）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（bái）雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

其中，白（bái）雲石質耐火材料是指全部用（yòng）煆燒（shāo）或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質（zhì）耐（nài）火（huǒ）材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗水化能力越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力（lì）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（chà）。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的（de）不（bú）同部位使（shǐ）用條件（jiàn），合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）火材料對淨化鋼水作用的影響

潔（jié）淨鋼、特殊鋼等對（duì）鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）的含量要求嚴格，需要（yào）爐外（wài）精煉除去鋼中（zhōng）雜質及夾雜物（wù）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離CaO，易（yì）與鋼水中的（de）S、P等雜質反應，使其（qí）轉移到爐渣中，具有（yǒu）除去雜質、淨化鋼水的功（gōng）能（néng）。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料也適合用於冶煉低氧鋼，是（shì）爐外精（jīng）煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料（liào）。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石（shí）質耐火材料（liào）進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真（zhēn）空條件下容易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮發性是有影（yǐng）響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一（yī）定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼（gāng）水中的脫（tuō）S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的（de）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，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，而（ér）CaO的氧勢也（yě）很小，因此，精煉設備應（yīng）該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼（gāng）包中采用CaO含量高即（jí）堿度高的熔渣有（yǒu）利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

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

關於H含量的問題（tí），采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉（liàn）設備內襯耐火材料的水分及（jí）有機添加物。熱力學（xué）分析認為：要在1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）對鋼水性能的影響

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（gāng）水中的溶解度很小（xiǎo），被認（rèn）為（wéi）是防止鋼水（shuǐ）增氧的（de）有效材（cái）料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研（yán）究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗（yàn）鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料（liào）的（de）脫S效果。結果表明：在1600℃下（xià），反應45min時（shí），脫S效果（guǒ）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（bāo）獲得（dé）有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡（jìn）可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方（fāng）麵（miàn）可以避免強還（hái）原（yuán）條件下鋼包渣導致耐火材料的（de）過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對（duì）鋼（gāng）中P含量的影響。實驗（yàn）結果表明（míng）：當澆注料中w（CaO）為（wéi）25%時，鋼中P含量大幅度降低（dī），由原始的0.1%降低（dī）到0.01%，進一（yī）步提高CaO含量（liàng），鋼中P含（hán）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（míng），使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次（cì）使用時，鋼水僅發（fā）生輕微增C。

耐火（huǒ）材（cái）料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料（liào）中的（de）水分（fèn）以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的（de）H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保（bǎo）護套管保護主（zhǔ）流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中（zhōng）間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含（hán）量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分（fèn）解（jiě）對鋼（gāng）水造（zào）成增N。更大的增（zēng）N量在（zài）鋼包與（yǔ）中間包之間，保護套管非（fēi）常重要，連鑄的增N點就是長水（shuǐ）口保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線（xiàn）鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實驗（yàn）表明：在反應30min的情況下，隻有鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料能（néng）去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反（fǎn）應，如CaO與（yǔ）Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效（xiào）地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂（měi）鈣質耐火材料表麵，形（xíng）成保護層（céng），或者從鎂鈣質耐（nài）火材料表麵上剝落下（xià）來上浮（fú）至保護渣層中；在鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料中的活性CaO含量越高（gāo），吸附鋼（gāng）水中夾（jiá）雜物的能力（lì）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堝法研究3種不鏽鋼冶煉（liàn）用鎂鈣磚（zhuān）的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量（liàng）高（gāo）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VOD爐渣對三種磚的侵蝕（shí）和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不（bú）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含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的（de）抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力（lì），主（zhǔ）要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

石家莊鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具（jù）備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳（tàn）磚（zhuān）具有更好的真空穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能同時取（qǔ）決於（yú）CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越（yuè）好，淨化鋼水的（de）效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗（kàng）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期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及（jí）鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比（bǐ）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；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（hù）層；可（kě）是中期（qī）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（qí）在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研（yán）究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和（hé）熱震穩（wěn）定性好，抗（kàng）酸（suān）性熔渣能（néng）力強；而且磚中的CaO有利於鋼水（shuǐ）的脫O、脫S、脫P等，適合冶（yě）煉（liàn）鋼的（de）電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量（liàng）非常少，非金屬夾雜物（wù）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（fèn）布均（jun1）勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉（liàn）到（dào）精煉（liàn）的（de）整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或（huò）多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料（liào）能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非（fēi）金（jīn）屬夾雜（zá）物，而且不汙染環境。