徐平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火（huǒ）材料對（duì）鋼水的淨化作用，總是認（rèn）為耐（nài）火材料或多（duō）或少地會（huì）對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐（nài）火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂（měi）鈣質材料（liào）不但不汙染鋼水，反而（ér）能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包（bāo）等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐（nài）火材料的（de）特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物（wù）原料，煆燒後的理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣（gài）質耐火材料主要包括白雲石質耐火（huǒ）材料（liào）、鎂白雲石質（zhì）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（zuò）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（yòng）鎂石與（yǔ）白雲石合成的耐火（huǒ）材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用（yòng）性能，MgO含量（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）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、脫磷的效（xiào）果（guǒ）越好，但（dàn）抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差。因此，應該根據爐（lú）外精煉等熱工設備的（de）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（jìng）化鋼水作用的影響

潔（jié）淨鋼、特殊（shū）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（hán）量要（yào）求嚴（yán）格，需要爐外精煉除（chú）去鋼中雜質及夾（jiá）雜物以及脫（tuō）氣、調整（zhěng）化學（xué）成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料（liào）中的遊離CaO，易（yì）與（yǔ）鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉（zhuǎn）移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水（shuǐ）的功能。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（gāng）、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來（lái），為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白（bái）雲石質耐火材料進行（háng）了許多試（shì）驗（yàn）研究，取得（dé）了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的（de）揮發性是有影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發（fā）性大（dà）大（dà）降低。因此，MgO質材料（liào）中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條（tiáo）件下使用比（bǐ）純MgO質耐火材（cái）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，並且鋼水中溶解的（de）O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇（zé）氧勢盡（jìn）可能低的耐火材料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在（zài）鋼水中的溶（róng）解度很小，而CaO的氧勢（shì）也很小，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（bāo）中（zhōng）采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣質耐火材（cái）料同樣（yàng）也有利脫P。

鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別（bié）是熔（róng）渣中SiO2滲（shèn）入會與MgO-CaO耐（nài）火材料（liào）中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而（ér）抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用（yòng）真（zhēn）空精（jīng）煉，其H主（zhǔ）要來自熔渣或精（jīng）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：要在1200℃下長（zhǎng）期烘烤（kǎo），充分排除其中的水分（fèn），就不存在鋼水中氫（qīng）（H）含量增高問題（tí）。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含（hán）量的影響：王（wáng）龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中（zhōng）的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），被（bèi）認為是防止鋼水（shuǐ）增氧的有效（xiào）材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田（tián）琳等人試驗研（yán）究鎂鈣磚（zhuān）與鋼水中S的反應（yīng），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效果更好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫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（yǐ）盡可能降低鋼包（bāo）內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免（miǎn）強還原條件下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度（dù）消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影（yǐng）響：匡加才研（yán）究（jiū）MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結（jié）果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大（dà）幅（fú）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（gāng）水顯著增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（yǐ）及其中的有機粘（zhān）結劑會對鋼水中的H含量產生（shēng）顯（xiǎn）著影響（xiǎng）。連鑄過程中，鋼（gāng）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，能有效（xiào）地降低鋼水（shuǐ）的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材（cái）料N含量很低，近年來氮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N量在鋼包與中間（jiān）包之間，保（bǎo）護套管非常重要，連鑄的（de）增N點就（jiù）是長（zhǎng）水口保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼（gāng）水中夾（jiá）雜（zá）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化的影響，實（shí）驗表明：在反應30min的情況下，隻（zhī）有（yǒu）鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿（jiǎn）性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的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（chú）鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣（gài）)和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（bǎo）護層，或者從鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵（miàn）上剝落下來上浮至保護（hù）渣層中；在鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的活性CaO含量越高（gāo），吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）性（xìng）能：梁義（yì）兵等人采用靜態（tài）坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂（měi）鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得出，CaO含（hán）量高的白雲（yún）石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透（tòu）能力比較強。燒成白雲石磚基質（zhì）部分致密程度高，較不燒（shāo）白雲石磚具有更好的抗高堿度（dù）渣（zhā）侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲（shèn）透比高堿度渣嚴（yán）重得多。相對而言，燒成（chéng）的鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的（de）鎂（měi）鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的（de）侵蝕和滲透能（néng）力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化（huà）而有效抑製熔渣的滲透。低堿（jiǎn）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。

衢州鎂磚之鎂鈣碳磚的性（xìng）能及抗侵蝕的（de）研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚（zhuān）種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有（yǒu）更好的真空穩定性（xìng）、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的（de）含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝落性（xìng）能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣（zhā）侵蝕和抗剝落性能越強（qiáng）。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑（shū）賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及（jí）鎂碳磚的侵蝕（shí）進行實驗。實驗結果表明：初期（qī）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，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）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（shí）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（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠（huì）章等人研究結果表明鎂白雲石碳（tàn）磚（zhuān）高溫抗氧化性和熱震穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣能力強；而（ér）且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉鋼的電爐（lú）爐襯。

白（bái）雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和（hé）形態得（dé）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（de）整個（gè）過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火（huǒ）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水，除去鋼中的非金屬夾（jiá）雜物，而且（qiě）不汙染環境。