徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提（tí）高鋼的純淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼水直（zhí）接（jiē）接觸的耐火材料對鋼水的（de）淨（jìng）化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水（shuǐ）產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理（lǐ）論研究和實際試驗，得（dé）出鎂鈣質（zhì）材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染（rǎn）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（gài）質耐火材料的特征（zhēng）

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成（chéng）為（wéi）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（cái）料、鎂白雲（yún）石質耐（nài）火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲（yún）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（huǒ）材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材（cái）料是用鎂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（zhì）品的高溫使用（yòng）性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗（kàng）水化能力（lì）越強；CaO含（hán）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（tuō）磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根（gēn）據爐外精煉等熱（rè）工設備的不（bú）同部位使（shǐ）用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材（cái）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、特殊鋼等對鋼（gāng）中的雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除（chú）去鋼中（zhōng）雜質及夾雜（zá）物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料中的遊離CaO，易與鋼（gāng）水中（zhōng）的S、P等雜質反應，使其轉移（yí）到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於（yú）CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂（měi）鈣質耐火材料也適合用於（yú）冶煉低氧（yǎng）鋼，是爐外（wài）精煉冶（yě）煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐（nài）火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白（bái）雲石質耐火材（cái）料進行了（le）許多試驗研究，取得了很好的結果。

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10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相（xiàng）對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成（chéng）MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐火材（cái）料更（gèng）合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低（dī），熔渣必須是CaO含量（liàng）高的高堿度渣，並且鋼水中（zhōng）溶解（jiě）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CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應（yīng）該選用鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高（gāo）即堿（jiǎn）度（dù）高的熔渣有（yǒu）利脫（tuō）P，因此，用（yòng）CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣（yàng）也有（yǒu）利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性（xìng）好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反（fǎn）應生成高熔（róng）點化合物（wù）C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製（zhì）熔渣的滲透（tòu）。

關（guān）於（yú）H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或（huò）精煉設（shè）備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學（xué）分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排（pái）除其中的水分，就不存在鋼水中氫（qīng）（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（yǎng）含量的影響：王龍光（guāng）等人認為MgO—CaO耐火材料（liào）中的（de）CaO熱力學穩（wěn）定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防（fáng）止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的（de）影響（xiǎng）：田琳等人試驗（yàn）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（guǒ）表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫（tuō）S率（lǜ）達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現（xiàn）象。為（wéi）了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫（tuō）S效果，使用白（bái）雲石質鋼包內（nèi）襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可（kě）能降低鋼包內（nèi）襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下（xià）鋼（gāng）包渣導致耐火（huǒ）材料的過度（dù）消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注（zhù）料（liào）對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降（jiàng）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（dù）降低。

耐火材（cái）料（liào）對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐（nài）火材料，鋼水顯著增（zēng）C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生（shēng）輕微增C。

耐火材料（liào）對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以（yǐ）及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生（shēng）顯著影響。連鑄過（guò）程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間（jiān）包烘烤，能有效地降低（dī）鋼水的吸H量。

耐火材料（liào）對（duì）鋼中N(氮)含量的（de）影響：傳統耐火材（cái）料N含量很低，近年來氮化物在耐火（huǒ）材料（liào）中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包（bāo）之間，保護套管（guǎn）非常重要，連鑄的增N點就是（shì）長水（shuǐ）口保（bǎo）護（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的（de）影響：田琳等人研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材料對管（guǎn）線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的（de）影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去（qù）除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料（liào）均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材（cái）料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約（yuē）為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應（yīng）生成（chéng）C2S(矽（guī）酸二鈣)和（hé）C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形（xíng）成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上（shàng）浮（fú）至保護渣層中；在（zài）鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的（de）能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼（gāng）冶煉（liàn）用鎂鈣（gài）磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的（de）白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能力比較強。燒（shāo）成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒（shāo）白（bái）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（shèn）透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成（chéng）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（zhuān）。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這（zhè）是因為渣與鎂鈣材料作（zuò）用析出C3S，使材料表層（céng）致（zhì）密（mì）化而有效抑（yì）製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是熔渣對基質的強溶蝕並滲（shèn）透作用。

船營鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚種類複雜。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（rè）震性。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時取決（jué）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（xiào）果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢（xián）等人采用煉鋼轉爐的（de）初期（qī）渣、中期渣（zhā）和終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（shēng）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（jiè）麵上產生了C2S保護層；可是中（zhōng）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（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗（kàng）氧化性和熱震穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火（huǒ）材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成（chéng）分（fèn）（S、P、O、H、N）含（hán）量非常（cháng）少，非金屬（shǔ）夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼（gāng）材具有高性能、高品質（zhì）。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐（nài）火材料對鋼水或多（duō）或少總有些汙染，唯有（yǒu）白雲石質（zhì）即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼（gāng）水，除去鋼中的（de）非金屬夾雜物（wù），而（ér）且不汙染環境。