徐平坤

以前（qián），從煉（liàn）鋼工藝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火材料對鋼（gāng）水的淨（jìng）化作用，總是認為耐火（huǒ）材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣（gài）質）耐火材料的理論（lùn）研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反（fǎn）而能（néng）淨化（huà）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增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特（tè）征

白（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原（yuán）料，煆（duàn）燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為（wéi）1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐（nài）火材料、鎂鈣質耐火材（cái）料。

其中，白（bái）雲石質耐火材料是指全部用煆燒或（huò）電熔的白（bái）雲石（shí）做（zuò）原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石（shí）和鎂鈣質（zhì）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用性能，MgO含量越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高（gāo）SiO2熔（róng）渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫（tuō）磷的效果越好（hǎo），但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差（chà）。因此，應該（gāi）根據爐外精煉等熱工設備的不同部位（wèi）使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等（děng）對鋼中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）的含量要求（qiú）嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣（qì）、調整化學（xué）成分和均勻化等。鎂鈣質耐（nài）火材料中的遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜質反應，使其轉（zhuǎn）移到爐渣中（zhōng），具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很（hěn）低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨（jìng）鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化（huà）鋼水、延長（zhǎng）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（yàn）研究，取得了很好的結果。

MgO在（zài）真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的（de），含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相（xiàng）對揮（huī）發性大大降低。因（yīn）此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火（huǒ）材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含（hán）量（liàng）低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。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（zài），在鋼（gāng）水中的（de）溶（róng）解度很小，而CaO的氧勢也很（hěn）小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升（shēng）高（gāo）不利於脫P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此（cǐ），用（yòng）CaO含量高的鎂鈣質（zhì）耐（nài）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（kàng）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（yīng）生成（chéng）高熔點（diǎn）化合物C2S或C3S,形成保（bǎo）護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含（hán）量的（de）問（wèn）題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣（zhā）或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為（wéi）：要在1200℃下長期（qī）烘烤，充分排（pái）除（chú）其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題（tí）。

鎂鈣質耐火材料（liào）對鋼水性能的（de）影響

耐（nài）火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中的CaO熱力學穩定性（xìng）高，具（jù）有很（hěn）低的（de）氧平衡分壓，在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，被認為是防止鋼水（shuǐ）增（zēng）氧的有效材料。

耐火材料對鋼中（zhōng）S的影響：田（tián）琳等人試驗（yàn）研究鎂鈣（gài）磚與鋼水中S的反應，檢（jiǎn）驗鎂鈣質耐火（huǒ）材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下（xià），反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低（dī），出現“回S”現象。為了使鋼包獲得（dé）有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯（chèn）是很（hěn）必要的，這樣一方麵可以盡可能降低（dī）鋼包內襯的再（zài）氧化能力，另一方（fāng）麵可（kě）以避（bì）免強還原條件下鋼（gāng）包渣導致耐火（huǒ）材料的過度消耗（hào）。

耐火材料對鋼中P含（hán）量的（de）影響：匡加才（cái）研究（jiū）MgO—CaO質澆注料對鋼中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（fú）度（dù）降低，由原始的0.1%降低到（dào）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（shuǐ）碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著（zhe）增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼（gāng）中H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火材（cái）料中的水分以及其中的有（yǒu）機粘結劑會對鋼水中（zhōng）的H含量產生顯著影響。連（lián）鑄過程中（zhōng），鋼包和中間包係（xì）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（dī）鋼水的吸H量。

耐（nài）火材料對（duì）鋼中N(氮)含量（liàng）的影響：傳統耐火材料N含（hán）量很低，近年來氮（dàn）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。更大的增（zēng）N量（liàng）在鋼包與中間包之間，保（bǎo）護套管非常（cháng）重要，連鑄的增N點就是長（zhǎng）水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼（gāng）水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣（gài）、鎂（měi）鋁、鎂鉻耐（nài）火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明（míng）：在反應（yīng）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水夾雜物（wù）數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可（kě）與鎂（měi）鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有（yǒu）效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高（gāo）熔點化合物被（bèi）吸附鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣（gài）質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜（zá）物（wù）的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗（kàng）侵蝕性（xìng）能：梁義兵等（děng）人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶（yě）煉（liàn）用鎂（měi）鈣磚的（de）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（néng）力比（bǐ）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（yǒu）更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三（sān）種磚的侵蝕和滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿（jiǎn）度渣侵（qīn）蝕性明顯好（hǎo）於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度（dù）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抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲（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（shèn）透作用。

黑龍江鎂磚之鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及抗侵蝕（shí）的研究

鎂鈣碳磚（zhuān）主（zhǔ）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（tàn）磚具有更好的真空穩定性、抗熱震（zhèn）性。鎂鈣碳（tàn）磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越（yuè）好，淨化鋼水的效果也（yě）越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能（néng）越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉（zhuǎn）爐的初期渣、中期渣（zhā）和終期渣分別對鎂鈣碳（tàn）磚及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進行（háng）實驗。實驗結（jié）果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕（shí）損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了（le）C2S保護（hù）層；可（kě）是中期渣（zhā）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（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和（hé）熱震穩定性好，抗酸性熔渣能（néng）力強（qiáng）；而且磚中（zhōng）的（de）CaO有利於鋼水的脫（tuō）O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白（bái）雲石質耐火材料對潔（jié）淨鋼（gāng）的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜（zá）物不僅數量少，而且尺（chǐ）寸很小（xiǎo）和形態（tài）得到控製，合金元素成分精準（zhǔn）並且分布均勻，使鋼材具有高（gāo）性能、高品質。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（chù），一般耐火材料（liào）對鋼水（shuǐ）或多或少總有些汙染，唯有白雲石（shí）質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾（jiá）雜物，而且不汙染環境。