徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐（nài）火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材（cái）料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗（yàn），得（dé）出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反（fǎn）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中應用日益（yì）增（zēng）加。

白雲（yún）石與鎂鈣質耐火材料（liào）的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然礦物（wù）原料，煆燒後的（de）理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材（cái）料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質（zhì）耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白（bái）雲石質耐火材料是指全（quán）部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（shí）和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與（yǔ）白雲石合成的（de）耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使（shǐ）用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗（kàng）高SiO2熔渣的能力越強，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（xìng）能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱（rè）工設備（bèi）的不同部位使用條件，合理選擇鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼等（děng）對鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要（yào）求嚴格，需要爐外精煉除（chú）去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離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。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也（yě）適合用於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉冶（yě）煉（liàn）潔淨鋼、純淨鋼、特（tè）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（cái）料消耗，研究人員對白雲石質耐（nài）火材料進行了（le）許多試驗（yàn）研究，取得了（le）很好（hǎo）的結果。

MgO在（zài）真空條件下（xià）容（róng）易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有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（dìng）量的CaO製成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在（zài）高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料（liào）更（gèng）合適。

鋼水中的（de）脫S反應（yīng）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（shuǐ）中溶（róng）解（jiě）的O含量（liàng）盡可能要低。要使O含（hán）量低，就要（yào）選擇氧勢盡可能低（dī）的耐火材料，Mg與Ca在（zài）高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也（yě）很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中（zhōng）采用CaO含量高即堿度（dù）高的熔渣（zhā）有利脫P，因此，用CaO含量（liàng）高的（de）鎂（měi）鈣質耐火材料同樣也有（yǒu）利脫P。

鎂（měi）鈣質耐火材料的熱（rè）震穩定性高、抗渣滲透性好，特別（bié）是熔渣（zhā）中SiO2滲（shèn）入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應（yīng）生（shēng）成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護（hù）層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真（zhēn）空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的（de）水分及有機添加（jiā）物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排（pái）除其中的水分（fèn），就不存在鋼水中氫（H）含量（liàng）增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對（duì）鋼（gāng）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壓，在鋼（gāng）水中的溶解度很小，被（bèi）認為（wéi）是防（fáng）止（zhǐ）鋼水增氧的有效材料。

耐火材（cái）料對鋼中S的影響：田琳（lín）等人試驗研究鎂鈣（gài）磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效（xiào）果。結果表明：在（zài）1600℃下，反應45min時，脫（tuō）S效果更好，脫S率達70.12%；超過（guò）45min，脫（tuō）S率降低，出現“回（huí）S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石（shí）質鋼包內襯是很必要的，這（zhè）樣（yàng）一方（fāng）麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧（yǎng）化能力，另一（yī）方麵可以避免強還原條件下鋼包渣（zhā）導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影（yǐng）響：匡加才研究MgO—CaO質澆注（zhù）料（liào）對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含（hán）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（jǐn）有小幅度降（jiàng）低（dī）。

耐火材料對鋼（gāng）水碳（tàn）含量的影響：實（shí）驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增（zēng）C，當同一製品第二次（cì）使用時（shí），鋼水僅發生輕（qīng）微增（zēng）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（yǒu）機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和（hé）中（zhōng）間包係統中（zhōng）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（xī）H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火（huǒ）材料N含（hán）量很低，近年來氮化物在耐火材（cái）料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造成增N。更大的增N量（liàng）在（zài）鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增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、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗（yàn）表明（míng）：在反應（yīng）30min的情（qíng）況下，隻有鎂鈣質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水（shuǐ）夾雜物數量（liàng）增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂鈣耐火材料（liào）中的CaO反應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和（hé）C3S(矽酸三鈣（gài）)高（gāo）熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護（hù）層，或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（měi）鈣（gài）質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越（yuè）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。試驗結果得（dé）出，CaO含量高的（de）白雲石磚抗（kàng）高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比（bǐ）較（jiào）強。燒成白雲石磚基質部分致密程度（dù）高，較不燒白雲（yún）石磚具有更好的抗高堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐渣對三種磚的（de）侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成（chéng）的（de）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒（shāo）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（dī）的鎂（měi）鈣磚。鎂鈣質（zhì）材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的（de）侵蝕和（hé）滲（shèn）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（ér）有效抑製熔（róng）渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

邯鄲鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研（yán）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，鎂鈣碳磚比鎂碳磚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決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝（bāo）落性（xìng）能越好，淨（jìng）化鋼水的效果也（yě）越好；C含量（liàng）越高，抗渣侵（qīn）蝕和抗剝落（luò）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（de）初期渣、中期渣（zhā）和終期渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚的侵蝕進行實驗（yàn）。實驗結果（guǒ）表明：初期渣（zhā）MgO—C磚（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為（wéi）在磚的界麵上產生了C2S保護（hù）層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵（qīn）蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白（bái）雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣能力強；而且（qiě）磚中（zhōng）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（huǒ）材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）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（jīn）元素成分精準並且分布均（jun1）勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中（zhōng），耐（nài）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（gāng）水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不（bú）汙染環境。