徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直（zhí）接接觸的耐火材料對（duì）鋼水的淨化作用，總是（shì）認為耐（nài）火材料或多或少（shǎo）地會對鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣（gài）質）耐火（huǒ）材料（liào）的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼（gāng）水，反而能淨化鋼（gāng）水（shuǐ），並（bìng）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（huǒ）材料（liào）的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦物原料，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（bái）雲石質耐火材料（liào）是（shì）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（liào）是用鎂石與白雲石合（hé）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（yuè）大，抗剝落（luò）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）能越差（chà）。因此，應該根據爐外精煉等熱（rè）工設（shè）備的不（bú）同部位使用條件，合理選（xuǎn）擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）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（děng）元素及SiO2、Al2O3等（děng）夾（jiá）雜物的含（hán）量要求嚴格，需要爐外精煉（liàn）除去鋼中（zhōng）雜質及夾雜物以及脫（tuō）氣、調整化學（xué）成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易（yì）與鋼水中的（de）S、P等雜質反（fǎn）應，使其（qí）轉移到爐渣中（zhōng），具有除去雜質、淨化鋼水的功能（néng）。由於CaO的氧勢（shì）很低，鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼等（děng）設備的耐火材料。近年來，為了淨化（huà）鋼水、延長爐（lú）襯壽命（mìng）、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料（liào）進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易（yì）揮發（fā），而CaO對MgO的揮（huī）發性是有（yǒu）影響的，含（hán）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）料中加（jiā）入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在高溫真空條（tiáo）件下使用（yòng）比純（chún）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（liàng）高（gāo）的高堿（jiǎn）度渣，並且鋼水（shuǐ）中溶（róng）解的O含量盡可能要低。要使O含（hán）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（cún）在，在（zài）鋼（gāng）水中的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，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（gāng）包中（zhōng）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（de）鎂鈣質耐火（huǒ）材料同樣（yàng）也有（yǒu）利脫（tuō）P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高（gāo）、抗渣滲透（tòu）性（xìng）好，特別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化（huà）合物（wù）C2S或C3S,形成保（bǎo）護層，從而抑製熔渣的滲（shèn）透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔（róng）渣或精煉設備內襯耐火材（cái）料的水分及有機添加物（wù）。熱力學分析認為：要在1200℃下長期（qī）烘烤，充分排（pái）除其（qí）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）對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中（zhōng）氧含（hán）量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱（rè）力學穩定性高，具（jù）有（yǒu）很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止（zhǐ）鋼水（shuǐ）增（zēng）氧的有（yǒu）效材料（liào）。

耐火材料對鋼中S的影響（xiǎng）：田琳等人試驗（yàn）研究鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂（měi）鈣質耐火材料的脫（tuō）S效果。結（jié）果表（biǎo）明：在（zài）1600℃下，反應45min時，脫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（dé）有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是（shì）很必要的，這樣一方麵（miàn）可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以（yǐ）避（bì）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（cái）料對鋼中P含量的影（yǐng）響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結（jié）果表（biǎo）明：當澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，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（fú）度降低。

耐（nài）火（huǒ）材料對鋼水碳（tàn）含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第（dì）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（shuǐ）分以（yǐ）及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保（bǎo）護主（zhǔ）流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘（hōng）烤，能有效地降低鋼水的吸（xī）H量。

耐火材料（liào）對（duì）鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料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（duì）鋼水造成增N。更（gèng）大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套（tào）管非常重要，連鑄的增N點就是（shì）長水口（kǒu）保護，此處（chù）增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾（jiá）雜物的影響：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，實驗表明（míng）：在反應（yīng）30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去（qù）除鋼水（shuǐ）中的夾雜物，其餘的堿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（de）CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔（róng）點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和（hé）C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點化合物被吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表麵（miàn），形成保（bǎo）護層（céng），或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下（xià）來上浮至保護渣層中（zhōng）；在鎂鈣（gài）質耐火材料中的活性CaO含量（liàng）越（yuè）高，吸（xī）附（fù）鋼水中夾雜（zá）物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵（qīn）蝕性能：梁義兵等人采用（yòng）靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚（zhuān）的抗渣性。試驗結（jié）果（guǒ）得出，CaO含量高的白雲石磚抗（kàng）高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石（shí）磚基質部分致密程度高，較不燒白（bái）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（duì）三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多（duō）。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿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抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗（kàng）高堿度熔渣的侵蝕（shí）和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料（liào）作用析出C3S，使材料表層致（zhì）密化（huà）而有效（xiào）抑製（zhì）熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕（shí）和滲透（tòu）能力，主要是熔渣對基質（zhì）的強溶蝕並滲透作用。

安慶鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵（qīn）蝕的研究

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

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采（cǎi）用煉鋼（gāng）轉爐的初期渣、中期（qī）渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。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（zhā）中∑FeO溶解，所（suǒ）以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重（chóng）。

孫惠（huì）章等人研究結果（guǒ）表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的（de）CaO有（yǒu）利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶（yě）煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質（zhì）耐火材料對潔淨（jìng）鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金屬夾雜物不僅數（shù）量（liàng）少，而且尺（chǐ）寸很小和形態得到控製，合金元素成分精（jīng）準並且分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材（cái）料（liào）始終（zhōng）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（nài）火材料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾雜（zá）物，而且不（bú）汙染環境。