徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨（jìng）度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會（huì）對鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火材（cái）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（zhuāng）置中應用日益增（zēng）加。

白雲石（shí）與鎂鈣質耐火（huǒ）材料的特征

白雲石（shí）（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為（wéi）1.93。鎂鈣質耐火材（cái）料主要包括白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣（gài）質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是（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（nài）火材（cái）料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響鎂鈣質製品的（de）高溫使用（yòng）性能，MgO含量越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔（róng）渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差（chà）。因此，應該根據爐外精煉等（děng）熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨（jìng）化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼（gāng）等（děng）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，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調（diào）整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料（liào）中的遊離CaO，易（yì）與鋼水中的（de）S、P等雜質反應，使其轉移到（dào）爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功（gōng）能。由於（yú）CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特殊鋼（gāng）等設備的耐火材料（liào）。近（jìn）年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低（dī）耐火材料消耗，研究人員對（duì）白雲石質耐火（huǒ）材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發（fā），而CaO對MgO的揮發性是（shì）有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火（huǒ）材料更合適。

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（gāo）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，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很（hěn）小（xiǎo），而CaO的（de）氧（yǎng）勢也（yě）很小，因此，精（jīng）煉設備應該（gāi）選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高（gāo）不利於脫P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高即堿度高（gāo）的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好（hǎo），特別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應（yīng）生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保（bǎo）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（zhǔ）要來自熔渣或精煉設備內襯耐火（huǒ）材料（liào）的水分及有機添加（jiā）物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排（pái）除其中的水分，就不（bú）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能的（de）影響

耐火材料對鋼（gāng）中氧含量的影響：王龍光等（děng）人認為MgO—CaO耐火材料（liào）中的CaO熱（rè）力學穩定性高，具有很低的氧平衡（héng）分壓，在鋼水中的溶解度很小，被（bèi）認為是防止鋼水增（zēng）氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田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（de）脫S效果。結果表（biǎo）明：在1600℃下，反（fǎn）應45min時，脫S效果更好，脫（tuō）S率達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（de）脫S效（xiào）果（guǒ），使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包（bāo）內襯的再氧化能力，另一方麵可（kě）以避免強還原（yuán）條件（jiàn）下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗（hào）。

耐火材（cái）料對鋼中P含量的影（yǐng）響：匡加才（cái）研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含（hán）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（dà）幅度降低，由原（yuán）始的0.1%降低到0.01%，進一（yī）步提高（gāo）CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅有小幅（fú）度降低。

耐火材料對鋼水碳含量（liàng）的影響：實驗表明（míng），使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用（yòng）時，鋼水僅發生輕微增（zēng）C。

耐火（huǒ）材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及（jí）其中（zhōng）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（gāng）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（kǎo），能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響（xiǎng）：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火（huǒ）材料中應用受到（dào）關注，如Sialon分解對鋼水造（zào）成增（zēng）N。更大的增N量在鋼（gāng）包與中間包之（zhī）間（jiān），保護套管非常重要，連鑄的增N點（diǎn）就是長水（shuǐ）口保（bǎo）護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的（de）影（yǐng）響：田琳等人研（yán）究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化（huà）的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材（cái）料能去除（chú）鋼（gāng）水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物（wù）數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與鎂鈣耐（nài）火材料中的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複（fù）合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效（xiào）地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與（yǔ）SiO2反應生成（chéng）C2S(矽酸二鈣)和（hé）C3S(矽（guī）酸三鈣)高熔點化合物（wù）被吸（xī）附鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵，形成保護（hù）層，或者從鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵上剝落下來（lái）上浮至保護渣層中；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（wù）的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能（néng）：梁義兵（bīng）等人采用靜態坩堝法研究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渣侵蝕和滲透能力比（bǐ）較強。燒成白（bái）雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有（yǒu）更好的抗高堿度（dù）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（zhā）嚴重得多（duō）。相對而言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕（shí）性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的（de）燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材料具有良好（hǎo）的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為（wéi）渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使（shǐ）材料表層致密化而有效（xiào）抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強（qiáng）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（yòng）。

東營鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及（jí）抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚（zhuān）種（zhǒng）類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好（hǎo）的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨（jìng）化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵（qīn）蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等（děng）人采用煉鋼（gāng）轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的（de）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（zhōng）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（qīn）蝕嚴重。

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

白雲（yún）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（jīn）屬夾雜物不僅數（shù）量少，而且尺寸很小和形態得到（dào）控製（zhì），合金元素成分精準並且分布均（jun1）勻，使鋼材具有高性能、高品（pǐn）質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，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（bái）雲石質（zhì）即鎂鈣質（zhì）耐火材料能淨（jìng）化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。