徐平坤

以（yǐ）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（cái）料對鋼（gāng）水的淨化作用，總是（shì）認為耐火材料或多或少地（dì）會對鋼水產生汙染（rǎn）。可是通過對白雲石質（鎂（měi）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汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用（yòng）日益增加。

白雲石與鎂（měi）鈣質耐火材料的特征

白（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是（shì）天然礦物原（yuán）料，煆燒後（hòu）的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料（liào）主要包括白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂白（bái）雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中（zhōng），白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白（bái）雲石（shí）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（cái）料是用鎂石與白雲石合成的（de）耐（nài）火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣（gài）質製品的高溫使用性（xìng）能，MgO含量越高，抗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（biàn）越大，抗剝（bāo）落性能和脫硫、脫磷的效果越好（hǎo），但抗水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不（bú）同（tóng）部位使用條件，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化鋼水作用的影（yǐng）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等夾雜物的含量要求嚴格（gé），需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及（jí）脫氣、調（diào）整化（huà）學成分和均勻（yún）化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質（zhì）反應，使其轉移到爐渣中，具（jù）有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純（chún）淨鋼、特殊鋼（gāng）等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延（yán）長爐（lú）襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗，研究人（rén）員（yuán）對白雲石質耐火材料進行（háng）了許多試驗研究，取（qǔ）得了很（hěn）好的結果（guǒ）。

MgO在（zài）真空條（tiáo）件下（xià）容易揮發，而CaO對MgO的揮（huī）發性是（shì）有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數（shù））就可使MgO相對揮發性大大降（jiàng）低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高（gāo）溫真（zhēn）空（kōng）條件下使（shǐ）用比純MgO質耐火（huǒ）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（zhā）必須（xū）是CaO含（hán）量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量（liàng）盡可能要（yào）低。要使（shǐ）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（liàn）設備應該選用鎂鈣質耐（nài）火材料。溫度升高不利（lì）於脫P，但鋼包中（zhōng）采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂（měi）鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂（měi）鈣質耐火材料的（de）熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材料中的（de）CaO反應生成高（gāo）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，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有（yǒu）機添加物。熱力（lì）學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其（qí）中的水分，就不（bú）存在（zài）鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影（yǐng）響（xiǎng）

耐火材料對鋼中氧（yǎng）含量的影響：王（wáng）龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學（xué）穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶（róng）解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效（xiào）材料。

耐火（huǒ）材料對（duì）鋼中S的影（yǐng）響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中S的反應，檢（jiǎn）驗鎂鈣（gài）質（zhì）耐（nài）火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時（shí），脫S效果（guǒ）更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使（shǐ）用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可（kě）以盡可（kě）能降低鋼（gāng）包內襯的再氧（yǎng）化（huà）能力，另一方麵可以避（bì）免（miǎn）強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐（nài）火材料對鋼中P含量的（de）影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實（shí）驗結果表（biǎo）明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始（shǐ）的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小（xiǎo）幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含（hán）量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水（shuǐ）顯著（zhe）增C，當（dāng）同一製品第二（èr）次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐（nài）火材料對鋼（gāng）中H(氫)含（hán）量（liàng）的影響：耐火材（cái）料中的水分以及其中的有（yǒu）機（jī）粘結劑會對鋼（gāng）水中的H含量產生顯著影響（xiǎng）。連鑄過程中，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、中間包烘烤，能（néng）有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼（gāng）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（cái）料中（zhōng）應用受到（dào）關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量（liàng）在鋼包與中（zhōng）間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增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（shuǐ）中夾（jiá）雜物（wù）的影響：田琳等（děng）人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在（zài）反應30min的情（qíng）況下（xià），隻有鎂鈣質耐火材料（liào）能去（qù）除鋼（gāng）水中的夾雜（zá）物，其餘的（de）堿性耐火材料（liào）均使鋼水夾雜（zá）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CaO與Al2O3反應（yīng）生成Ca12Al4O3的複合化（huà）合物，熔點約為1400℃左右（yòu），可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應（yīng）生成C2S(矽酸（suān）二鈣（gài）)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵上剝（bāo）落（luò）下來上浮至保（bǎo）護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的（de）活性CaO含量越高，吸附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（děng）人采用靜態坩堝法研究3種（zhǒng）不（bú）鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得出（chū），CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強（qiáng）。燒（shāo）成白雲石磚（zhuān）基質部分致（zhì）密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗（kàng）高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣（zhā）對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相（xiàng）對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的（de）燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低（dī）的鎂鈣磚。鎂鈣質（zhì）材料具有良好的抵抗（kàng）高堿（jiǎn）度熔渣（zhā）的侵蝕和滲透能（néng）力，這是因為渣與（yǔ）鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透（tòu）。低堿度熔渣具有較（jiào）強的侵蝕和滲透能力，主要（yào）是（shì）熔渣對基質的強溶（róng）蝕（shí）並滲透作用。

東方（fāng）鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及（jí）抗侵蝕的研究

鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複（fù）雜。除具（jù）備鎂（měi）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（xìng）。鎂鈣碳磚的性能同時（shí）取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨（jìng）化鋼水（shuǐ）的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性（xìng）能越強。

鎂鈣碳磚的（de）抗侵蝕研究：崔淑賢（xián）等人采用（yòng）煉鋼轉（zhuǎn）爐的初期渣、中期渣和終期渣（zhā）分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。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（chǎn）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（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，所以比MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重。

孫惠章等人研究結果表（biǎo）明鎂（měi）白雲（yún）石碳磚高溫抗氧（yǎng）化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚（zhuān）中的CaO有利於鋼（gāng）水（shuǐ）的脫O、脫（tuō）S、脫P等，適（shì）合（hé）冶煉（liàn）鋼的電爐爐襯。

白雲（yún）石（shí）質耐火材料對潔淨鋼的（de）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（zá）物不僅數量少，而（ér）且尺寸（cùn）很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使（shǐ）鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉（liàn）的整個（gè）過（guò）程中，耐火材料始終與鋼水（shuǐ）接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染（rǎn），唯（wéi）有白雲石質即鎂鈣質耐火材（cái）料能淨化鋼水，除去鋼中的非（fēi）金屬夾雜物，而且不汙染環境。