徐平坤

以前，從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鋼（gāng）水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產（chǎn）生汙染。可是通過對白（bái）雲石（shí）質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出（chū）鎂鈣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、精煉鋼包等爐外精煉裝置（zhì）中應用日益增加（jiā）。

白雲石與鎂鈣（gài）質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦（kuàng）物原料，煆（duàn）燒後的理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）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（měi）鈣質耐火材（cái）料。

其中（zhōng），白雲石質耐火（huǒ）材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定（dìng）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火材（cái）料。MgO、CaO含量的變化影響鎂（měi）鈣質製品的高（gāo）溫使（shǐ）用性能，MgO含（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高（gāo）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，但抗水化和抗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（shǐ）用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲（yún）石質耐（nài）火（huǒ）材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對（duì）鋼中的雜質（zhì）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（yào）爐外（wài）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（zhì）耐火材料中（zhōng）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（gāng）水的功能。由（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）也適合用於冶煉低（dī）氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐（lú）襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了（le）許多（duō）試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數（shù））就可使MgO相對揮發性（xìng）大（dà）大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高溫真（zhēn）空條件下使用比純MgO質耐火材料（liào）更合適（shì）。

鋼水（shuǐ）中的（de）脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣（zhā）必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶（róng）解（jiě）的O含量盡可能要低。要（yào）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（yǐ）氣態存（cún）在（zài），在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因（yīn）此，精煉設備應該選（xuǎn）用（yòng）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（liàng）高即堿度高（gāo）的（de）熔渣有利脫P，因此，用（yòng）CaO含量高的鎂鈣質（zhì）耐火材料同（tóng）樣也有利脫P。

鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）的熱震（zhèn）穩定性（xìng）高、抗渣（zhā）滲透性好（hǎo），特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應（yīng）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含量的問題，采用真空精煉，其H主要來（lái）自熔渣（zhā）或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱（rè）力（lì）學分析認為：要在（zài）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）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材（cái）料對鋼水性能的影響

耐（nài）火材料對（duì）鋼中氧含量的影響：王（wáng）龍光等人認為MgO—CaO耐火材（cái）料中的CaO熱力學穩定性高，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的有效材料（liào）。

耐（nài）火材料對鋼中（zhōng）S的影響：田琳等人（rén）試驗研究鎂（měi）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（biǎo）明：在1600℃下，反應45min時，脫S效（xiào）果更好，脫S率達70.12%；超過（guò）45min，脫（tuō）S率降低，出現“回S”現（xiàn）象（xiàng）。為（wéi）了使鋼包獲得有效（xiào）的脫S效果，使用白雲石（shí）質鋼（gāng）包內襯是很必要的，這樣一方（fāng）麵可以盡可能降低鋼（gāng）包內（nèi）襯的再氧化（huà）能力，另一方麵可以（yǐ）避免強還原條件下鋼（gāng）包渣（zhā）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（jiā）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（xiǎo）幅度降低（dī）。

耐火（huǒ）材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼（gāng）水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增C。

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

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響（xiǎng）：傳統耐（nài）火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應（yīng）用（yòng）受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包（bāo）與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的（de）增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對（duì）鋼水中（zhōng）夾雜物的影響：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（biǎo）明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質（zhì）耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼（gāng）水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與鎂鈣耐火材料（liào）中的CaO反應（yīng），如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的（de）複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和（hé）C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附（fù）鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料表麵，形成保護（hù）層，或者從鎂鈣質耐火材（cái）料表麵上剝（bāo）落下來上浮（fú）至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高（gāo），吸附鋼水中（zhōng）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（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，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。堿度較低的（de）VOD爐（lú）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，燒成的（de）鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含（hán）量高的燒成（chéng）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（zhì）材料具有良好的抵抗高堿度（dù）熔渣的侵蝕和滲（shèn）透能力，這是因為渣與鎂鈣材料（liào）作用析出C3S，使（shǐ）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（qiáng）的侵蝕和滲（shèn）透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

汕頭鎂（měi）磚之鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及抗侵蝕的（de）研究

鎂鈣碳磚主要性能：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（zhuān）比鎂碳磚具有更好的（de）真空穩定性、抗熱震（zhèn）性。鎂鈣碳磚的性（xìng）能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能（néng）越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗剝落性能越強。

鎂（měi）鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐（lú）的（de）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（guǒ）表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產生結構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕較（jiào）輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是（shì）中期渣（zhā）和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕（shí）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（shí）嚴重（chóng）。

孫惠章等人研究結果表明鎂（měi）白雲石碳（tàn）磚高溫抗（kàng）氧化（huà）性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而（ér）且磚中的CaO有利（lì）於（yú）鋼（gāng）水的脫O、脫（tuō）S、脫P等，適合冶煉鋼的電（diàn）爐爐（lú）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（hài）成分（S、P、O、H、N）含（hán）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（dé）到（dào）控製，合金元素成分精準並且分布均勻（yún），使鋼材具有高性（xìng）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，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石（shí）質即鎂鈣質耐火（huǒ）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。