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（lǜ）與鋼水直接接（jiē）觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多（duō）或少地（dì）會對鋼水產（chǎn）生汙染。可是通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐火材料的理論研究（jiū）和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不（bú）汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙（wū）染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精（jīng）煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料（liào）的（de）特征

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

其中，白雲（yún）石（shí）質耐（nài）火材料是指全部用煆（duàn）燒或電熔（róng）的白雲石做原（yuán）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（yǔ）白雲石合成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含量的變化影響（xiǎng）鎂鈣質（zhì）製品的高溫使（shǐ）用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）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、脫磷（lín）的效果越（yuè）好（hǎo），但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該（gāi）根據爐外精（jīng）煉（liàn）等熱工設備（bèi）的（de）不同部位（wèi）使用條件，合（hé）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等元素及SiO2、Al2O3等（děng）夾雜物的含（hán）量（liàng）要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化（huà）等。鎂鈣質耐火材（cái）料中的遊離CaO，易（yì）與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中（zhōng），具有除去雜質、淨（jìng）化鋼水（shuǐ）的功能。由（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶（yě）煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼（gāng）水、延長爐（lú）襯（chèn）壽命、降低耐火材（cái）料消耗，研究人員對白雲石質耐火材（cái）料進行了許多試驗研究（jiū），取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩（mó）爾分（fèn）數）就可使MgO相對揮發（fā）性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的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（hé）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（yào）選擇氧勢盡（jìn）可能低的耐火材料，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（cǐ），精煉設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火（huǒ）材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高（gāo）即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含（hán）量高（gāo）的鎂鈣質耐火材料同樣也有利（lì）脫P。

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

關於H含量的（de）問題，采（cǎi）用真空精煉，其H主（zhǔ）要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為（wéi）：要（yào）在1200℃下長期烘（hōng）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的影（yǐng）響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍（lóng）光等人認為MgO—CaO耐火材料（liào）中的（de）CaO熱力（lì）學（xué）穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材（cái）料。

耐火材（cái）料對鋼中S的影響：田琳等人（rén）試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗（yàn）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效果更好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回（huí）S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果（guǒ），使（shǐ）用白雲石質鋼包內襯（chèn）是很必要的，這樣（yàng）一方麵可以（yǐ）盡可（kě）能降低鋼包內襯（chèn）的再氧化能力，另一（yī）方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐（nài）火材料對鋼中P含（hán）量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼（gāng）中P含量（liàng）的影（yǐng）響。實驗（yàn）結果表明：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度（dù）降低，由（yóu）原始的0.1%降低（dī）到0.01%，進（jìn）一步提高CaO含量（liàng），鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火（huǒ）材料對鋼水碳含（hán）量的（de）影響：實驗表明，使用（yòng）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C。

耐（nài）火（huǒ）材料對（duì）鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中（zhōng）的水分以及其中的有（yǒu）機粘結劑（jì）會對鋼水中的（de）H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係（xì）統中使用保護套管（guǎn）保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能（néng）有效地降（jiàng）低鋼水（shuǐ）的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量（liàng）的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年（nián）來氮化物在耐火材料中（zhōng）應用受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量（liàng）在鋼包與中間包之間，保護套（tào）管非常重要，連鑄的增N點就（jiù）是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料（liào）對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對（duì）管線鋼（gāng）鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情（qíng）況下，隻有鎂鈣質耐（nài）火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的（de）堿性耐火材料均使（shǐ）鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除（chú）鋼中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化（huà）合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或（huò）者從鎂鈣質耐（nài）火材料表麵（miàn）上剝落下來上浮至保護（hù）渣（zhā）層中（zhōng）；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義（yì）兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高（gāo）的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白（bái）雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透（tòu）比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕性明顯好於不燒鎂（měi）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含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料（liào）具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵（qīn）蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致（zhì）密化而有效抑製熔渣的（de）滲透。低堿度熔渣具有較強的（de）侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質（zhì）的強溶蝕並滲透作（zuò）用。

黃浦鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的（de）性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂（měi）鈣磚種類複雜。除具（jù）備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的（de）真空穩定性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性（xìng）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（xiào）果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉（liàn）鋼轉爐的初期渣、中期渣（zhā）和終期渣（zhā）分別對鎂鈣（gài）碳磚及鎂碳（tàn）磚的侵蝕進行實驗。實驗（yàn）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（chóng）；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了（le）C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損（sǔn）率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為（wéi）其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重（chóng）。

孫惠章等（děng）人研究結果表明鎂白雲石（shí）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（lì）於鋼水的脫（tuō）O、脫S、脫P等，適合冶煉（liàn）鋼的電爐爐襯。

白（bái）雲石質耐火材料對潔淨鋼的（de）影響

潔淨鋼係指（zhǐ）鋼中有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元（yuán）素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。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（nài）火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有白雲石質即鎂鈣質耐火材料（liào）能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不（bú）汙染（rǎn）環境。