徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼水直接接觸的耐火材（cái）料對鋼水（shuǐ）的淨（jìng）化作用，總（zǒng）是認為耐火（huǒ）材料或多（duō）或少地會對鋼水產生汙染（rǎn）。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（měi）鈣質材料不但不（bú）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（wài）精煉裝置中應用日益（yì）增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後（hòu）的理論組成為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石（shí）質耐火材料、鎂白雲石質耐（nài）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雲石做原料的定型或（huò）不定形耐（nài）火（huǒ）材（cái）料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火（huǒ）材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（róng）渣和抗水化能力越強（qiáng）；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣（zhā）的能（néng）力越強，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（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能越差。因此，應該根據爐外（wài）精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）。

白雲石質耐火材料對淨（jìng）化鋼水作用的影響

潔淨（jìng）鋼、特（tè）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，需要爐（lú）外精煉除去鋼中雜質及夾雜（zá）物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜（zá）質（zhì）反應，使其轉移到（dào）爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的（de）氧勢很低，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（chún）淨鋼、特（tè）殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了（le）淨化鋼水、延（yán）長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石（shí）質耐火材料進行了許多試驗研究，取（qǔ）得了很好的結果。

MgO在真空（kōng）條（tiáo）件下容（róng）易揮發，而（ér）CaO對MgO的揮發性是有影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩爾分數）就可（kě）使（shǐ）MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入（rù）一定量的CaO製成MgO—CaO質（zhì）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（tuō）S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高（gāo）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（huǒ）材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應（yīng）該選用鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）。溫度升高（gāo）不利於脫P，但（dàn）鋼包中采用CaO含量高即堿度高的（de）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（de）熱（rè）震穩定性（xìng）高、抗渣滲透性好（hǎo），特別是熔（róng）渣中SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材（cái）料中的CaO反應生成高熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護層，從（cóng）而抑製熔（róng）渣的滲透。

關於H含量（liàng）的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火（huǒ）材（cái）料的水分及有機添加物。熱力（lì）學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能（néng）的影（yǐng）響

耐火材料對鋼中氧含量（liàng）的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓（yā），在鋼水中的溶解度很小，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：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐（nài）火材料的脫S效果。結果表明：在（zài）1600℃下，反應45min時，脫S效果更好（hǎo），脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低（dī），出現“回（huí）S”現象。為了使鋼包獲（huò）得有效的脫S效（xiào）果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣（yàng）一方麵可以盡可能（néng）降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免（miǎn）強還原（yuán）條件下鋼包（bāo）渣導致耐（nài）火材料的過度（dù）消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡（kuāng）加才（cái）研究MgO—CaO質澆注料對鋼中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（yuán）始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有（yǒu）小幅度降低。

耐（nài）火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，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（shuǐ）僅發生輕微增C。

耐火（huǒ）材料（liào）對（duì）鋼中（zhōng）H(氫)含量的影響：耐火材料（liào）中的水（shuǐ）分以及其中的有機粘結劑會（huì）對鋼水中的H含量（liàng）產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包（bāo）和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有（yǒu）機粘結劑導致吸H。對鋼（gāng）包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的（de）吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳（chuán）統耐火材料N含量很低，近（jìn）年來（lái）氮化（huà）物在耐火材料中應用受到關（guān）注（zhù），如Sialon分（fèn）解對鋼水造成增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（gè）耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物（wù），其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與鎂鈣耐（nài）火材料（liào）中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔（róng）點約為1400℃左（zuǒ）右，可有效地去除鋼中Al2O3夾（jiá）雜物（wù）。CaO與（yǔ）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（měi）鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者（zhě）從（cóng）鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵上剝（bāo）落下（xià）來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐（nài）火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的抗侵（qīn）蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂（měi）鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得出，CaO含量高的白雲石（shí）磚抗高堿度的AOD渣侵（qīn）蝕（shí）和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程（chéng）度高，較不燒白雲石磚具（jù）有更好的抗高堿度渣侵蝕性（xìng）。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度（dù）渣（zhā）嚴重得多（duō）。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度（dù）渣侵蝕性（xìng）明顯好於（yú）不燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量（liàng）高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂（měi）鈣質材料具有良好的抵抗高堿度（dù）熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣（gài）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。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

河西鎂磚之鎂鈣碳磚的（de）性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂鈣磚（zhuān）種類複（fù）雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳（tàn）磚具有更好的真（zhēn）空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性能（néng）同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵（qīn）蝕研究：崔淑（shū）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的侵蝕進行實驗。實驗結果（guǒ）表明：初期渣MgO—C磚蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生（shēng）結構（gòu）剝落（luò），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；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反（fǎn）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（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲（yún）石碳（tàn）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有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨（jìng）鋼的（de）影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到（dào）控製，合金元（yuán）素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質（zhì）。在（zài）鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料（liào）始終（zhōng）與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有白雲石質（zhì）即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水（shuǐ），除去（qù）鋼中的非金屬夾雜（zá）物，而（ér）且不汙染環境。