徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接（jiē）接觸的耐火材料對鋼水的（de）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（yún）石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試（shì）驗（yàn），得出鎂鈣質材料不但（dàn）不汙染鋼水，反而能（néng）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（zhōng）應用日益增加（jiā）。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆（duàn）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雲石質耐火材（cái）料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔（róng）的白雲石做（zuò）原（yuán）料的定型或不定形耐火材（cái）料；鎂白（bái）雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）的變化影響鎂鈣質製品的高溫使（shǐ）用性（xìng）能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫（wēn）蠕變越大，抗剝落性能（néng）和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差。因此，應該根據爐外精煉（liàn）等熱工設備的不（bú）同（tóng）部位使用條件，合理選（xuǎn）擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化（huà）鋼水作用的影響

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等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼（gāng）中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化（huà）學成分和均（jun1）勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其（qí）轉移（yí）到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也（yě）適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼（gāng）等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯（chèn）壽命（mìng）、降低耐火材料（liào）消（xiāo）耗，研究（jiū）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在真空條件下容易揮發（fā），而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩（mó）爾分數）就可使MgO相對揮發性大大（dà）降低。因此，MgO質材料中加入一定量的（de）CaO製成（chéng）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。

鋼水中（zhōng）的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必（bì）須是CaO含量高的高堿（jiǎn）度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含（hán）量低，就要選擇氧（yǎng）勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備（bèi）應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含量高即堿度高的熔（róng）渣有（yǒu）利脫P，因此，用CaO含（hán）量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫（tuō）P。

鎂鈣（gài）質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入（rù）會與（yǔ）MgO-CaO耐火（huǒ）材料中的CaO反應生成高熔點（diǎn）化（huà）合物C2S或C3S,形成保（bǎo）護（hù）層，從（cóng）而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的（de）問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉（liàn）設備內襯耐火（huǒ）材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在（zài）1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中（zhōng）氫（H）含量（liàng）增高問題。

鎂鈣質耐火材（cái）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（cái）料中的CaO熱力學穩（wěn）定性高，具有很低的氧平衡（héng）分壓，在（zài）鋼水中（zhōng）的（de）溶解度（dù）很小，被認為是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的（de）影響：田琳等（děng）人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料的脫S效果。結果表明：在（zài）1600℃下，反（fǎn）應（yīng）45min時，脫S效果更（gèng）好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效（xiào）果（guǒ），使用白（bái）雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方（fāng）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（jiā）才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含（hán）量的影響。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（shǐ）的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅（jǐn）有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增（zēng）C，當同一製品（pǐn）第二次使用（yòng）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：耐火材料中的（de）水（shuǐ）分以及其中的有機粘結（jié）劑會對鋼水中的H含量產生顯（xiǎn）著影（yǐng）響。連鑄過程（chéng）中，鋼包和中間包係統（tǒng）中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑（jì）導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降（jiàng）低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響（xiǎng）：傳統耐火材料N含量很低，近年（nián）來氮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（de）增N量在鋼包與中間（jiān）包之間，保護（hù）套管非常重要，連鑄的增N點就是（shì）長水口（kǒu）保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中（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（xià），隻有鎂鈣質耐火材料能（néng）去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料（liào）均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂（měi）鈣耐火（huǒ）材料（liào）中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複（fù）合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反應（yīng）生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵（miàn），形成（chéng）保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來（lái）上浮至保（bǎo）護渣層中；在鎂鈣質耐火材（cái）料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義（yì）兵等人采用（yòng）靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣性（xìng）。試驗結果得出（chū），CaO含量高（gāo）的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透（tòu）能力比較強。燒成白雲石磚基質部（bù）分致密程（chéng）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（sān）種（zhǒng）磚的侵蝕和滲透比（bǐ）高（gāo）堿度渣嚴重得多（duō）。相（xiàng）對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕（shí）性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）能（néng）力好（hǎo）於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣（gài）質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕（shí）和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表（biǎo）層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿（jiǎn）度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要（yào）是熔渣對（duì）基質的強溶蝕並滲透作用。

朝陽鎂磚之鎂鈣（gài）碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣磚種類（lèi）複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣（gài）碳（tàn）磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳（tàn）磚（zhuān）的性（xìng）能同時取決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量越高，抗剝落性（xìng）能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究（jiū）：崔（cuī）淑賢等人（rén）采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及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（lǜ）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（chóng）；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）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（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比（bǐ）MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴重。

孫惠章等（děng）人研究結果表明鎂白雲（yún）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P等，適合（hé）冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火（huǒ）材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指（zhǐ）鋼中有害成（chéng）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（xíng）態（tài）得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻（yún），使鋼材具有高性能、高品質。在鋼（gāng）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（wéi）有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼（gāng）水，除去鋼中的非金屬夾（jiá）雜物，而且（qiě）不汙染環境。