徐平坤

以前（qián），從（cóng）煉（liàn）鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與（yǔ）鋼水直接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產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）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（jīng）煉裝置（zhì）中應用日益增（zēng）加。

白雲石與鎂鈣質（zhì）耐火材料的特征

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

其中（zhōng），白雲（yún）石（shí）質耐（nài）火材料是指全部（bù）用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形（xíng）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熔渣和抗水化能力（lì）越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高（gāo）溫蠕（rú）變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精（jīng）煉等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的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石（shí）質耐火材料對淨（jìng）化（huà）鋼水（shuǐ）作用的影響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼等（děng）對（duì）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（wù）以及脫氣、調整化學（xué）成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應（yīng），使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼（gāng）水的（de）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（gāng）、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了（le）淨化鋼水、延長爐襯壽（shòu）命、降（jiàng）低耐（nài）火材料消耗，研究人（rén）員對白雲石質耐火材料進行（háng）了許多試驗研究，取（qǔ）得了很好（hǎo）的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩（mó）爾分數）就可（kě）使MgO相對揮（huī）發性大大降低。因此，MgO質（zhì）材料中加入一定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高溫真空條件下使用比（bǐ）純MgO質耐火材料更合適（shì）。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶（róng）解（jiě）的O含量盡可能要低。要使O含量（liàng）低，就要選擇（zé）氧勢盡可能低的耐火（huǒ）材（cái）料，Mg與Ca在高溫（wēn）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（yīn）此，精煉設備應該選用（yòng）鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料。溫度升高（gāo）不利於脫P，但鋼（gāng）包中采用CaO含量高（gāo）即堿度高的（de）熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料同樣也有利（lì）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滲入會與MgO-CaO耐火材（cái）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（zhǔ）要來自熔渣或精煉設備內襯耐火（huǒ）材料（liào）的水分（fèn）及有機添加物（wù）。熱力學分析認為：要在1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問（wèn）題（tí）。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學（xué）穩定性（xìng）高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中（zhōng）的（de）溶解度很小，被認為（wéi）是防止鋼水增氧（yǎng）的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影（yǐng）響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表（biǎo）明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果（guǒ）更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現（xiàn）象。為了使鋼包（bāo）獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很（hěn）必要的，這樣一方麵可以（yǐ）盡可能降低鋼包（bāo）內（nèi）襯的（de）再氧化能（néng）力，另一方麵可以避（bì）免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的（de）過（guò）度（dù）消耗（hào）。

耐火材料對鋼中（zhōng）P含（hán）量的影響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中（zhōng）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（hán）量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進（jìn）一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的（de）影（yǐng）響：實（shí）驗（yàn）表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同（tóng）一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微（wēi）增C。

耐火材料對鋼中H(氫（qīng）)含量的（de）影響：耐火材料中的（de）水分以（yǐ）及其中的有機粘結劑會對鋼（gāng）水中（zhōng）的H含量產生顯著影響。連（lián）鑄過（guò）程中，鋼包和中間包（bāo）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，能有效地降低鋼（gāng）水的吸H量。

耐火材料對鋼中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（huǒ）材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成（chéng）增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連（lián）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（cái）料對鋼水中夾雜物的影響：田（tián）琳等人（rén）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30min的（de）情況下，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均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐（nài）火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的（de）複合化合物，熔點（diǎn）約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和（hé）C3S(矽（guī）酸三（sān）鈣)高熔（róng）點化合物被吸附（fù）鎂（měi）鈣質耐火材料表麵，形成保護層（céng），或者從鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵（miàn）上剝落（luò）下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性（xìng）CaO含量越高，吸附鋼水中（zhōng）夾雜物的能力（lì）越（yuè）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（yán）究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性。試驗（yàn）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較強。燒成白雲（yún）石磚基質部分致密程度高，較不燒（shāo）白（bái）雲石磚具有更（gèng）好的抗（kàng）高堿（jiǎn）度渣侵蝕性。堿（jiǎn）度較低的（de）VOD爐渣對三種（zhǒng）磚的侵蝕（shí）和滲透比高堿度渣嚴重得（dé）多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗（kàng）低（dī）堿度渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）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（zhā）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（cái）料（liào）表（biǎo）層致密（mì）化而有效抑製熔渣的滲（shèn）透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣（zhā）對基質的強溶蝕並（bìng）滲透作用。

桂林鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研（yán）究

鎂（měi）鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成鎂鈣磚種類（lèi）複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳（tàn）磚比鎂（měi）碳磚具（jù）有更好的真空穩定性（xìng）、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（luò）性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔（cuī）淑賢等人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（tàn）磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕（shí）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（chǎn）生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為其在高溫中及（jí）被渣（zhā）中∑FeO溶解，所（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結（jié）果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CaO有利於鋼水的（de）脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石（shí）質（zhì）耐火材料對潔淨鋼的影（yǐng）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（jiá）雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元（yuán）素（sù）成分精準並且分布均勻，使（shǐ）鋼材具有高性能、高品質。在（zài）鋼水從（cóng）冶煉到精煉的整個過程（chéng）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，唯有白雲石質（zhì）即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金（jīn）屬夾雜物，而且不汙染環境。