徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的（de）純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材（cái）料對鋼水的淨化作用，總是認為（wéi）耐火材料或多或少地會對鋼水產（chǎn）生汙染。可是（shì）通過對白雲石質（鎂鈣（gài）質）耐火材（cái）料的理論研究和（hé）實際試驗（yàn），得（dé）出鎂鈣質材料不但不汙（wū）染鋼水，反而能淨化（huà）鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精（jīng）煉裝置中應用日益（yì）增加。

白雲石與鎂鈣質（zhì）耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然礦物原料，煆燒（shāo）後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包（bāo）括白雲（yún）石質耐火材（cái）料、鎂白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

其中（zhōng），白雲石質（zhì）耐（nài）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材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料（liào）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熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔（róng）渣的能力越（yuè）強，高溫蠕變越大，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（de）性能越差。因此（cǐ），應該根據爐外精（jīng）煉等熱（rè）工設備的不同部位使用條件（jiàn），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（cái）料（liào）對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量（liàng）要（yào）求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾（jiá）雜物以及（jí）脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等（děng）雜質反應，使其轉（zhuǎn）移到爐渣中，具有除（chú）去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧（yǎng）勢很低（dī），鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶（yě）煉低氧鋼，是爐外精煉冶（yě）煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延（yán）長（zhǎng）爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐（nài）火材料進行了許（xǔ）多試驗研究（jiū），取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容（róng）易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含（hán）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（yī）定量（liàng）的CaO製成（chéng）MgO—CaO質耐火材料（liào），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（yīng）中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是（shì）CaO含量（liàng）高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量（liàng）盡可能要低（dī）。要使O含量低，就（jiù）要選擇（zé）氧勢盡可能低的耐火（huǒ）材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼（gāng）水中（zhōng）的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉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（yòng）CaO含量高（gāo）即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用（yòng）CaO含量高的鎂（měi）鈣質耐火材料同（tóng）樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透（tòu）性（xìng）好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製熔渣（zhā）的滲透（tòu）。

關於H含量的（de）問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐（nài）火材料（liào）的水分及有機（jī）添加物。熱力學分析（xī）認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）對鋼水性能的影響

耐（nài）火材料對鋼中（zhōng）氧含量的影響（xiǎng）：王（wáng）龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低（dī）的氧平衡分壓，在鋼水（shuǐ）中的（de）溶解度（dù）很小，被認為是防止鋼水增氧的有效（xiào）材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田（tián）琳等人試（shì）驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣（gài）質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下（xià），反應45min時，脫S效果更好，脫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脫S效果（guǒ），使用白雲石（shí）質鋼包內襯（chèn）是很必要的，這樣一方麵可以盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧化（huà）能力，另一方麵可以（yǐ）避免強還原（yuán）條件（jiàn）下鋼包渣導致耐火材料（liào）的（de）過度消耗。

耐火材料對鋼中（zhōng）P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對（duì）鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中（zhōng）w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度（dù）降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含（hán）量僅有小幅度降低（dī）。

耐火材料（liào）對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料（liào），鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增（zēng）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（jí）其（qí）中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，鋼包和中間包係統中使用保護（hù）套管保護（hù）主流時，有機粘結劑導致（zhì）吸H。對鋼包、中（zhōng）間包烘烤，能有效地降低鋼水的（de）吸H量（liàng）。

耐火（huǒ）材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含（hán）量很低，近年來氮化物在耐火材（cái）料中應用受到關注，如Sialon分解（jiě）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，連鑄的增N點就是長（zhǎng）水口保護，此處增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐（nài）火材料對鋼水中夾雜物的影響：田（tián）琳等人（rén）研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼（gāng）鋼水潔淨化的影響，實（shí）驗表明：在反（fǎn）應30min的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐火材料能去除鋼水（shuǐ）中的夾雜物，其餘的堿性耐（nài）火材料均使鋼水夾雜（zá）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（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐（nài）火材料表麵（miàn），形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣（gài）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（yuè）強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采（cǎi）用靜態坩（gān）堝法研究3種不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗（kàng）渣性（xìng）。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵（qīn）蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚（zhuān）基質部分致密（mì）程度（dù）高，較不燒白雲石磚具有（yǒu）更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三（sān）種磚的侵（qīn）蝕和（hé）滲透比高堿度渣嚴（yán）重得多。相對而（ér）言，燒成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（lì）好（hǎo）於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度（dù）熔渣（zhā）的侵蝕和滲透能力，這（zhè）是（shì）因為渣與鎂鈣（gài）材（cái）料（liào）作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔（róng）渣的滲透。低堿度熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕和滲（shèn）透能力，主要是熔渣對基質的（de）強溶蝕並滲透作用。

貴州鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚（zhuān）種類（lèi）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、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時（shí）取決於CaO及C的（de）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（hǎo）；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚的抗侵蝕研究：崔淑賢（xián）等（děng）人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣（gài）碳磚及（jí）鎂碳磚的（de）侵蝕進行（háng）實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）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（qīng），是因為在磚的界麵上產生（shēng）了C2S保護層；可（kě）是中期渣和終期渣，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（zhōng）及被渣中∑FeO溶解，所以比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氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能（néng）力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐（lú）爐襯。

白雲石質耐火材料（liào）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（shù）量少，而且尺寸（cùn）很小和形態得到控製（zhì），合金元素成分（fèn）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的整個（gè）過程中，耐火（huǒ）材料始終與鋼水接觸，一般耐（nài）火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即（jí）鎂鈣質耐火材料（liào）能淨化鋼水，除（chú）去鋼中的（de）非金屬夾雜物，而且不汙染環境。