徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒（méi）有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化（huà）作用，總是認為耐火材料或多或少地（dì）會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質（zhì））耐火材料的理論研究和實際（jì）試驗，得出鎂（měi）鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化（huà）鋼水，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（shí）與（yǔ）鎂（měi）鈣質耐火材料的特征

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

其中，白雲石質耐（nài）火材料是指全（quán）部用煆燒或電熔（róng）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是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）的變化影響（xiǎng）鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越（yuè）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，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫（liú）、脫磷的效果越好（hǎo），但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越（yuè）差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使（shǐ）用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲石質耐火材料對淨化鋼水（shuǐ）作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要（yào）爐外精煉除去鋼中（zhōng）雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學（xué）成分和均勻化等。鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料中（zhōng）的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化（huà）鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低（dī），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、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（zhǎng）爐襯壽（shòu）命（mìng）、降低耐火材料消耗，研（yán）究人員對（duì）白雲石質耐火材料進行了許（xǔ）多試驗研究，取得了很（hěn）好的結果。

MgO在（zài）真空條件（jiàn）下容易揮發，而CaO對MgO的揮（huī）發（fā）性是有影響的（de），含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮（huī）發性大大降低。因此，MgO質材料中加入（rù）一定量的CaO製成（chéng）MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含（hán）量低，熔渣必須是CaO含量（liàng）高的高堿度渣，並且鋼水中（zhōng）溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢（shì）盡可能（néng）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（yǎng）勢也很（hěn）小，因（yīn）此，精煉（liàn）設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量（liàng）高即堿度（dù）高的熔渣有利脫P，因此（cǐ），用CaO含量高的鎂鈣質（zhì）耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐（nài）火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製熔渣的滲透。

關於H含量（liàng）的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精（jīng）煉設備（bèi）內襯耐火材料的水分及有機（jī）添（tiān）加物（wù）。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘（hōng）烤，充（chōng）分排除其中的水分，就不（bú）存在鋼水中氫（H）含（hán）量增高問題。

鎂鈣質耐火材料（liào）對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧（yǎng）含量的影響（xiǎng）：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具（jù）有很低的（de）氧平衡（héng）分壓，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響（xiǎng）：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脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果（guǒ）更好（hǎo），脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出（chū）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（yào）的，這樣一方麵（miàn）可以盡（jìn）可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣（zhā）導致耐火材料的過度消耗。

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（duì）鋼中P含量的影響（xiǎng）。實驗結果（guǒ）表明：當澆注料中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（tí）高CaO含量，鋼中（zhōng）P含（hán）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（shǐ）用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水（shuǐ）僅發生輕（qīng）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及其中的有機粘結劑會對鋼水（shuǐ）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護主流時，有（yǒu）機粘結（jié）劑導（dǎo）致吸H。對鋼包、中（zhōng）間包烘烤，能有（yǒu）效地降低鋼水的吸H量。

耐火（huǒ）材（cái）料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統（tǒng）耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應（yīng）用受（shòu）到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包（bāo）與中間包之間，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。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、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：在反應（yīng）30min的情況下（xià），隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料（liào）均使鋼（gāng）水夾雜物數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應（yīng）生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高（gāo）熔點化合物（wù）被吸附鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵，形（xíng）成保護層，或者從（cóng）鎂鈣質耐（nài）火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層（céng）中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜（zá）物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁（liáng）義兵等人采用靜態坩（gān）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（shí）磚抗高堿度的AOD渣（zhā）侵（qīn）蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致（zhì）密（mì）程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和（hé）滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而（ér）言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）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（qīn）蝕能力好（hǎo）於CaO含（hán）量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的（de）抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出（chū）C3S，使材料表層致密化而有效（xiào）抑製熔渣（zhā）的滲透。低堿度熔渣具有較（jiào）強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基（jī）質的強溶蝕並滲透作用。

防（fáng）城港鎂磚之鎂鈣碳磚的（de）性能及抗侵蝕的（de）研究

鎂鈣碳磚主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成（chéng）鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣（gài）磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩（wěn）定（dìng）性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣（gài）碳磚的性（xìng）能同時（shí）取決於CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝落性能越（yuè）好，淨化鋼水的效（xiào）果也越好；C含量越高，抗渣侵（qīn）蝕和（hé）抗剝落性能越強（qiáng）。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人（rén）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鎂碳磚（zhuān）的侵（qīn）蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損（sǔn）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（wéi）在（zài）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（shí）損率反而分別（bié）比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為其在高溫中及被渣（zhā）中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研（yán）究結果表明鎂白雲（yún）石碳磚高（gāo）溫抗氧化性和熱震穩定性好（hǎo），抗酸性熔渣能力強；而且磚（zhuān）中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫（tuō）P等，適（shì）合（hé）冶煉鋼的電爐爐襯。

白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（liàng）少，而且尺寸（cùn）很小（xiǎo）和形態得到控製，合金元素成（chéng）分精準並且分布均（jun1）勻，使鋼（gāng）材具有高性能、高品質。在鋼水從（cóng）冶煉到精煉的整個過程中，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，唯有白雲石（shí）質即鎂鈣質耐火材料能淨化（huà）鋼（gāng）水，除去鋼中的非金屬夾雜物（wù），而且（qiě）不汙染環境。