徐平坤

以前，從煉鋼工藝的（de）角度研究提（tí）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水的淨化作用，總是認為（wéi）耐火材料或多或少地（dì）會對鋼水產生（shēng）汙染。可是通（tōng）過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐火材料的理論（lùn）研究（jiū）和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而（ér）能淨化鋼水，並（bìng）且也不汙染環境，在AOD、VOD、精（jīng）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征

白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理（lǐ）論（lùn）組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為（wéi）1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐（nài）火材料。

其中，白雲石質耐火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形（xíng）耐火材料；鎂白（bái）雲（yún）石和（hé）鎂鈣質耐火材料是用（yòng）鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越（yuè）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（néng）越差。因此，應該根據爐（lú）外精煉等熱（rè）工設備的不同部位使用條（tiáo）件，合理選（xuǎn）擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼（gāng）等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量要（yào）求嚴格，需要爐外精（jīng）煉除去鋼中雜（zá）質及夾雜（zá）物以及脫氣、調整化學成分和（hé）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（yīng），使（shǐ）其轉移到（dào）爐渣（zhā）中（zhōng），具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能（néng）。由於CaO的氧勢很低，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（xiāo）耗（hào），研究人員對白雲石質耐火（huǒ）材（cái）料進行了許多試驗研究，取得（dé）了很好的結（jié）果。

MgO在（zài）真空條件下容（róng）易（yì）揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響（xiǎng）的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大（dà）大（dà）降低。因此（cǐ），MgO質材料中加（jiā）入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在（zài）高溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中（zhōng），要使（shǐ）鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且（qiě）鋼水中（zhōng）溶解（jiě）的O含量盡可（kě）能要低。要（yào）使O含量低，就要（yào）選（xuǎn）擇氧（yǎng）勢盡可能低的耐火材料，Mg與（yǔ）Ca在高溫下以（yǐ）氣態存在，在（zài）鋼水中（zhōng）的溶解度很（hěn）小，而CaO的氧勢也很（hěn）小，因此，精煉設（shè）備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度升（shēng）高不利於脫（tuō）P，但鋼包中采用CaO含量高即堿（jiǎn）度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐（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、抗渣滲（shèn）透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐（nài）火材料中的CaO反應生成高熔點化（huà）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（de）問題，采用真空精煉（liàn），其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火（huǒ）材料的水分及有機添加物（wù）。熱（rè）力學分析認為：要在1200℃下長（zhǎng）期（qī）烘烤，充分排除其（qí）中的水分（fèn），就不存在鋼水（shuǐ）中氫（H）含量（liàng）增高問題。

鎂鈣質耐火材料對（duì）鋼水性能的影響

耐火（huǒ）材料對鋼中（zhōng）氧（yǎng）含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩（wěn）定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧（yǎng）的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗（yàn）研究鎂鈣磚與鋼水中S的反（fǎn）應，檢驗鎂鈣質耐火材（cái）料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫（tuō）S效果更好，脫S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的（de）脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方（fāng）麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原（yuán）條件（jiàn）下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對（duì）鋼中P含量的影響：匡加（jiā）才（cái）研究MgO—CaO質澆注料對（duì）鋼中P含量的影響。實驗結果（guǒ）表明：當（dāng）澆注料中（zhōng）w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原（yuán）始的0.1%降（jiàng）低到0.01%，進一步提高（gāo）CaO含量，鋼中P含量僅有（yǒu）小幅度降低。

耐（nài）火材料對鋼水（shuǐ）碳含量的影響：實（shí）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（zēng）C。

耐火（huǒ）材料對鋼中（zhōng）H(氫)含量的影響：耐火（huǒ）材料中的水分以（yǐ）及其中的有機（jī）粘結劑會（huì）對鋼水中的H含量產（chǎn）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（jī）粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤（kǎo），能有效地降低鋼水的吸H量（liàng）。

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低（dī），近年來氮化物在耐（nài）火材料（liào）中應用受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼水造成增N。更（gèng）大的增N量在鋼包（bāo）與（yǔ）中間包（bāo）之間，保護套管（guǎn）非常（cháng）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（zá）物的影響：田琳等人研（yán）究了鎂鈣、鎂（měi）鋁、鎂鉻耐火材料（liào）對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反（fǎn）應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料（liào）能去除鋼水中的夾雜（zá）物（wù），其（qí）餘（yú）的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物（wù）數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，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（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被（bèi）吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護（hù）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（zhōng）；在鎂（měi）鈣質耐火材料中的活性CaO含量（liàng）越高，吸（xī）附鋼水（shuǐ）中（zhōng）夾雜物的（de）能（néng）力越強（qiáng）。

鎂（měi）鈣（gài）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（jiū）3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性。試驗結果（guǒ）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（qiáng）。燒成白雲石磚基質部分致密程度高（gāo），較不燒（shāo）白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相（xiàng）對而言，燒成的鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵（qīn）蝕能力（lì）好於CaO含（hán）量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良（liáng）好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與（yǔ）鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密（mì）化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲（shèn）透能力，主要是熔渣對基質的強（qiáng）溶（róng）蝕並滲透作用。

紅橋鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

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

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、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行（háng）實驗。實驗（yàn）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磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產（chǎn）生了C2S保護層；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磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研（yán）究結果表明鎂白雲石碳磚高（gāo）溫抗氧化性和（hé）熱（rè）震穩定（dìng）性（xìng）好，抗酸性熔渣能力強；而且（qiě）磚中的CaO有利於鋼（gāng）水的（de）脫（tuō）O、脫S、脫P等，適合冶（yě）煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐（nài）火（huǒ）材料對潔淨鋼（gāng）的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常（cháng）少，非金屬夾雜物不僅數量少，而（ér）且尺（chǐ）寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布（bù）均勻，使鋼（gāng）材具（jù）有高性能（néng）、高品質。在鋼水從冶煉到精煉（liàn）的整個過（guò）程（chéng）中，耐火材料始終（zhōng）與（yǔ）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（liào）能淨化鋼水，除（chú）去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。