徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接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或少地會對鋼水產生汙染。可（kě）是通過對白雲石質（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出（chū）鎂（měi）鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能（néng）淨化鋼水，並且也不（bú）汙染環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應（yīng）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（shì）天然礦物（wù）原料，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（nài）火材料主要（yào）包（bāo）括（kuò）白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料（liào）是指全部（bù）用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料（liào）；鎂白雲石和鎂鈣（gài）質耐（nài）火（huǒ）材（cái）料（liào）是用鎂石與（yǔ）白雲（yún）石合成的（de）耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的變化影響（xiǎng）鎂鈣質製品的高溫（wēn）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（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高（gāo）溫蠕變（biàn）越大（dà），抗剝落性能和脫硫、脫磷的效（xiào）果越好（hǎo），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（wèi）使用條（tiáo）件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中（zhōng）的雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含量要求嚴格，需要爐外精煉除（chú）去鋼中雜質（zhì）及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜（zá）質反應，使其轉移到（dào）爐渣中，具有（yǒu）除去雜質、淨化鋼水的功（gōng）能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是（shì）爐外精（jīng）煉冶煉（liàn）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許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容（róng）易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的（de），含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮（huī）發性大大降（jiàng）低。因此，MgO質材料中加入（rù）一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在（zài）高溫真空條件下（xià）使用比純MgO質耐火（huǒ）材料更合適。

鋼（gāng）水中（zhōng）的脫（tuō）S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含（hán）量盡（jìn）可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能（néng）低的（de）耐火材料，Mg與Ca在高溫下以（yǐ）氣態存在，在鋼水中的溶解度（dù）很小，而CaO的氧勢也很小，因此（cǐ），精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫（wēn）度升高不利於脫P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高（gāo）即堿度高的（de）熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）同樣也有（yǒu）利脫P。

鎂鈣（gài）質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是（shì）熔渣（zhā）中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成（chéng）高（gāo）熔點化合物C2S或（huò）C3S,形成（chéng）保護層，從而抑製熔（róng）渣（zhā）的滲透。

關於（yú）H含量的問題，采用真（zhēn）空精煉（liàn），其H主要來（lái）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（wéi）：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼（gāng）水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對鋼水性能（néng）的影響

耐火材料對（duì）鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材料中的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。

耐火材料對（duì）鋼中S的影響：田琳等人試（shì）驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反（fǎn）應，檢驗（yàn）鎂鈣質耐火材料的（de）脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效（xiào）果更好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使（shǐ）用白雲石質鋼包內襯是很必要（yào）的，這樣一（yī）方麵（miàn）可以（yǐ）盡可能降低鋼包內襯（chèn）的再氧化能力，另（lìng）一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注料對鋼中P含量的影響（xiǎng）。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，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的影響：實驗表明，使用（yòng）含C耐火材料，鋼水顯著（zhe）增C，當同一製品第二次使（shǐ）用時，鋼水僅發生輕微增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（gāng）水的吸H量。

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

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：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的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾（jiá）雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼（gāng）水夾雜物（wù）數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應（yīng），如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化（huà）合物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材（cái）料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）表麵上剝落下來上浮至（zhì）保護渣層中；在鎂鈣質耐火材（cái）料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物的能（néng）力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采（cǎi）用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性（xìng）。試驗結果得出，CaO含量高的（de）白雲石磚（zhuān）抗高堿度（dù）的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成（chéng）白雲石磚基質部分致密程度高，較不（bú）燒（shāo）白雲石磚具有更好（hǎo）的抗高堿度渣侵蝕性（xìng）。堿度較低的VOD爐渣對（duì）三種磚的侵蝕和滲透比高堿度（dù）渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於不燒鎂鈣磚，CaO含（hán）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（gài）磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高（gāo）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（shèn）透。低堿度（dù）熔渣具有較強的（de）侵蝕和滲透能力，主要（yào）是熔渣對基質的（de）強溶蝕並滲透作用。

百色鎂磚之（zhī）鎂鈣（gài）碳磚的性（xìng）能及抗侵蝕的研究

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（gài）磚的特性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂碳磚具有更好的真空穩（wěn）定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能（néng）同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效（xiào）果也越好；C含量越高，抗渣（zhā）侵蝕和抗剝落性（xìng）能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚（zhuān）的抗侵蝕研究：崔淑（shū）賢等人采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終（zhōng）期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進（jìn）行實驗。實驗結果表明：初（chū）期（qī）渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結（jié）構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚（zhuān）的界麵上產生了C2S保護層；可是中（zhōng）期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別（bié）比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因為其在高（gāo）溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章（zhāng）等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化（huà）性和熱（rè）震穩定性好，抗（kàng）酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼水的脫O、脫（tuō）S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲（yún）石質（zhì）耐火材料對潔淨（jìng）鋼的影響

潔淨（jìng）鋼係指（zhǐ）鋼中有害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜（zá）物不僅數量（liàng）少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成（chéng）分精準並且分（fèn）布（bù）均勻，使鋼材（cái）具有高性能、高品質。在鋼（gāng）水從冶煉（liàn）到精煉的（de）整個過程中，耐火材（cái）料始終與鋼水接觸，一般耐（nài）火材料對鋼水或多或少總有些汙染（rǎn），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（wù），而且不汙染環境。