徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨（jìng）度（dù），沒有考（kǎo）慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化（huà）作用，總是認為耐火材料（liào）或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不（bú）汙染鋼水，反而（ér）能淨化（huà）鋼（gāng）水（shuǐ），並且也不汙染環境，在（zài）AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉（liàn）裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的（de）特征

白雲石（shí）（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的（de）理論（lùn）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；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐（nài）火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂（měi）鈣質製品的高溫使用性能，MgO含（hán）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SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落性能和脫硫（liú）、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越（yuè）差。因此，應該根據爐（lú）外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂（měi）鈣質耐火材料中的（de）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（liàng）要求嚴格（gé），需要爐外精煉除去鋼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（de）遊離CaO，易與鋼水中（zhōng）的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐火材料也適（shì）合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設（shè）備的耐火材料。近（jìn）年來（lái），為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料（liào）消（xiāo）耗（hào），研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得（dé）了很好的結（jié）果。

MgO在真空條（tiáo）件下容（róng）易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可（kě）使MgO相對揮發性大大降（jiàng）低。因（yīn）此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成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（shuǐ）中的（de）脫（tuō）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，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低（dī），就要選擇氧（yǎng）勢盡可能低的（de）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（de）氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂（měi）鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼（gāng）包（bāo）中采用CaO含量高即（jí）堿度高（gāo）的熔渣有利脫P，因此（cǐ），用CaO含量高的（de）鎂鈣質耐火（huǒ）材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性（xìng）高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲（shèn）入（rù）會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應（yīng）生成高熔點化合物C2S或（huò）C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲（shèn）透。

關於H含量的問題，采用（yòng）真（zhēn）空精煉，其（qí）H主要來自熔渣（zhā）或精煉設備（bèi）內襯耐火材料的水（shuǐ）分及有機添加物。熱力學分析（xī）認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排（pái）除其中的水分，就（jiù）不存在鋼水（shuǐ）中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性（xìng）能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光（guāng）等人認為MgO—CaO耐火材料中（zhōng）的CaO熱力學穩定性高，具（jù）有很低的氧平衡分壓，在鋼（gāng）水中的（de）溶解度很小（xiǎo），被認為是防止鋼（gāng）水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田（tián）琳等人試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效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效（xiào）果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降（jiàng）低，出現“回S”現象。為了使（shǐ）鋼包獲（huò）得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條（tiáo）件下鋼包渣導致耐火材料的過（guò）度消耗。

耐火材（cái）料對（duì）鋼中P含量的影響：匡加才（cái）研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼（gāng）中P含量的影響。實驗結果表明：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼中（zhōng）P含量大（dà）幅度（dù）降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含（hán）量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

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（zhe）增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中（zhōng）的有機粘結劑會對鋼水（shuǐ）中的H含量產生（shēng）顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中（zhōng）間包係統（tǒng）中使用保護套管保護主（zhǔ）流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼（gāng）包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的（de）影響：傳統耐火（huǒ）材料N含量很（hěn）低，近年來氮化物在耐火材料（liào）中應用受（shòu）到（dào）關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在（zài）鋼包與中間包之間（jiān），保護套管非常重要，連鑄的增（zēng）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（yǐng）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（jìng）化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下（xià），隻有鎂鈣（gài）質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿（jiǎn）性耐（nài）火材（cái）料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的（de）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。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸二鈣)和（hé）C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂鈣（gài）質耐火材料表麵上剝落下（xià）來上（shàng）浮至保（bǎo）護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活（huó）性CaO含量越高（gāo），吸（xī）附（fù）鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩（gān）堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。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（hé）滲（shèn）透能力比較強。燒成（chéng）白雲石磚基質部分致密程（chéng）度高，較不燒白雲石磚具（jù）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（qīn）蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成（chéng）的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕（shí）性明顯好（hǎo）於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣（zhā）侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具有良好的抵（dǐ）抗高堿度熔渣（zhā）的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層（céng）致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度（dù）熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質（zhì）的強溶蝕並滲透作用。

喀什（shí）鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及（jí）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（lèi）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。鎂（měi）鈣碳磚的（de）性能（néng）同時取（qǔ）決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼（gāng）水的效果（guǒ）也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能（néng）越強。

鎂鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼（gāng）轉爐（lú）的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂（měi）鈣碳磚及鎂碳磚（zhuān）的侵蝕（shí）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（wéi）MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重（chóng）；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵（miàn）上產生了C2S保護層；可是中期（qī）渣和終期渣（zhā），MgO—CaO—C磚的（de）蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在（zài）高溫（wēn）中及被渣中（zhōng）∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果（guǒ）表明鎂白（bái）雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗（kàng）酸性熔渣能力強（qiáng）；而（ér）且磚中的CaO有利於鋼水的脫（tuō）O、脫（tuō）S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐（lú）爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有（yǒu）害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少，非金屬夾雜物（wù）不僅（jǐn）數（shù）量少，而且尺（chǐ）寸很小和形態（tài）得到控製（zhì），合金（jīn）元素成分（fèn）精準並且分布均（jun1）勻，使鋼材具有高性能、高品（pǐn）質。在鋼水從冶煉到（dào）精煉的（de）整個過程中（zhōng），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，唯有白雲石質即（jí）鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去（qù）鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。