徐平坤

以前，從煉鋼（gāng）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水的淨（jìng）化作用（yòng），總是認為耐火材料或多或少地（dì）會（huì）對鋼水產生汙染。可（kě）是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣質（zhì））耐火材料的理論研究和（hé）實際試驗，得出（chū）鎂鈣質（zhì）材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐（lú）外精煉（liàn）裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組（zǔ）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（shí）質耐（nài）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）是指全部用煆燒或電（diàn）熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料是用（yòng）鎂（měi）石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量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（gāo），抗高SiO2熔渣（zhā）的能力越強，高溫蠕變（biàn）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（néng）越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇（zé）鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨（jìng）化鋼水（shuǐ）作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對（duì）鋼中（zhōng）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中雜質（zhì）及（jí）夾雜物以及（jí）脫（tuō）氣、調整化（huà）學成分和均勻化等。鎂鈣（gài）質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜質反應，使其（qí）轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低（dī），鎂鈣質耐火材料也適合（hé）用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材料（liào）。近年來，為（wéi）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（qǔ）得了很好的結果。

MgO在真空（kōng）條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響（xiǎng）的，含有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材（cái）料中（zhōng）加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下（xià）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含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且（qiě）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，在鋼水中的溶解度很小，而（ér）CaO的氧勢也很小，因此，精（jīng）煉設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐（nài）火材料。溫度（dù）升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用（yòng）CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也（yě）有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透（tòu）性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點（diǎn）化合物C2S或（huò）C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精（jīng）煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐（nài）火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充（chōng）分排除其中的水（shuǐ）分，就不（bú）存在鋼水中氫（qīng）（H）含量增高問題。

鎂（měi）鈣質耐火材料對鋼（gāng）水性能的影響

耐（nài）火材料對（duì）鋼（gāng）中氧含量的影響：王龍光（guāng）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（jiě）度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料（liào）。

耐火（huǒ）材料對鋼中S的影響：田琳等人試（shì）驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效（xiào）果。結果表（biǎo）明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率（lǜ）達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象（xiàng）。為了使鋼包（bāo）獲得有效的脫S效果，使用（yòng）白雲石質鋼包（bāo）內襯是很必（bì）要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼（gāng）包內襯（chèn）的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條（tiáo）件下鋼包渣導（dǎo）致耐火材料的過度消耗。

耐火材料（liào）對鋼（gāng）中（zhōng）P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的（de）影響。實驗（yàn）結果（guǒ）表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大（dà）幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進（jìn）一步提高CaO含量，鋼中P含（hán）量僅有小（xiǎo）幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的（de）影響：實驗（yàn）表明，使用含C耐火材料，鋼水顯（xiǎn）著增C，當同一製品第二次（cì）使用時，鋼水僅發生輕微增（zēng）C。

耐火材料（liào）對鋼中H(氫)含量（liàng）的影（yǐng）響：耐火材料中的（de）水分以及其中的有機粘結劑（jì）會對鋼（gāng）水中的H含（hán）量產生顯著影響。連鑄（zhù）過程中，鋼包和中間包係統（tǒng）中（zhōng）使用保（bǎo）護套管保護主流時，有機粘結劑導（dǎo）致（zhì）吸H。對鋼包、中間（jiān）包烘烤，能（néng）有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮（dàn）)含量的影響：傳統耐（nài）火（huǒ）材（cái）料N含量很低，近年來氮化物在耐（nài）火材（cái）料中應用受到關注，如Sialon分（fèn）解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保（bǎo）護套管非常重要，連（lián）鑄的增N點就（jiù）是長（zhǎng）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（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔（jié）淨化的影響，實驗表明：在反應（yīng）30min的情況下，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（nài）火材料均使鋼水夾（jiá）雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可與鎂鈣耐火材料（liào）中的CaO反應，如（rú）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（jiá）雜物。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（bèi）吸附（fù）鎂鈣質耐火材料表麵，形成（chéng）保（bǎo）護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上（shàng）浮至保護（hù）渣層中；在鎂鈣質（zhì）耐火材料中的活（huó）性CaO含量越高，吸附鋼水中（zhōng）夾雜（zá）物的（de）能力越強。

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。試驗結（jié）果得出，CaO含量高的白（bái）雲石磚抗高（gāo）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（zhì）密程度高，較不燒（shāo）白雲石磚具有（yǒu）更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較（jiào）低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕性明（míng）顯好於不燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣（gài）質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣（zhā）的（de）侵（qīn）蝕和滲透能力，這是（shì）因為渣與鎂鈣材料作用析出（chū）C3S，使材料表層致密化而有效抑（yì）製熔渣的滲（shèn）透。低（dī）堿度熔渣（zhā）具有較（jiào）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（zuò）用。

荊州鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複（fù）雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有（yǒu）更好（hǎo）的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水（shuǐ）的效果也越好；C含量越（yuè）高（gāo），抗渣侵蝕和抗（kàng）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行實驗。實驗結果表明：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（luò），蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕較輕，是因（yīn）為在（zài）磚的界麵上產生了（le）C2S保護層；可是中期渣和（hé）終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損（sǔn）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。

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

白雲石質（zhì）耐火材料對潔淨（jìng）鋼的影響

潔淨鋼係（xì）指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺（chǐ）寸很小和形態得到（dào）控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具（jù）有高性能（néng）、高品質。在鋼水從冶煉（liàn）到精煉的整個過程中，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（wéi）有白雲石質即鎂鈣質耐火材（cái）料能淨化鋼水，除（chú）去鋼中的非金屬夾（jiá）雜物，而且不汙染環（huán）境。