徐平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝的角度研究提高（gāo）鋼的純（chún）淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料（liào）對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或（huò）少地會（huì）對鋼水產（chǎn）生汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣（gài）質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出（chū）鎂鈣質材料不但（dàn）不汙染鋼水，反而能淨化鋼（gāng）水，並且（qiě）也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐（lú）外精煉（liàn）裝置中應用日益增加。

白雲（yún）石與鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）的特征

白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然礦物原料，煆燒後的（de）理論（lùn）組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂（měi）鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐（nài）火材料、鎂（měi）白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原（yuán）料的定型或（huò）不（bú）定形（xíng）耐（nài）火材料；鎂（měi）白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石（shí）與白雲石合成的（de）耐（nài）火材料（liào）。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性（xìng）能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越（yuè）強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力（lì）越強，高溫蠕變越（yuè）大，抗剝落性能（néng）和脫硫、脫磷的效（xiào）果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因（yīn）此，應該根據爐（lú）外精煉等熱工設備的不同部（bù）位使用（yòng）條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊（shū）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，需要爐外精煉除去鋼中（zhōng）雜（zá）質及夾（jiá）雜物以及脫氣、調（diào）整化學（xué）成分和均勻化（huà）等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜質（zhì）反應，使其轉移到爐渣中，具（jù）有除去雜質、淨化鋼（gāng）水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉（liàn）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（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了（le）許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而（ér）CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有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（liào）中加入（rù）一定量的（de）CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐（nài）火材料更合適（shì）。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼（gāng）水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，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（yào）選擇氧勢（shì）盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態（tài）存在，在鋼水中的溶（róng）解（jiě）度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼（gāng）包中采用（yòng）CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用（yòng）CaO含（hán）量高的鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料同樣也有（yǒu）利脫P。

鎂（měi）鈣質耐火材料的熱震穩（wěn）定（dìng）性高、抗（kàng）渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反應生成高熔（róng）點化合物（wù）C2S或C3S,形成保（bǎo）護層，從而抑製熔（róng）渣的滲（shèn）透。

關於H含（hán）量（liàng）的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉（liàn）設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱（rè）力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在（zài）鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）水性能的影響（xiǎng）

耐火材料對鋼（gāng）中氧含量的影響：王龍光等人認為（wéi）MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有（yǒu）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（shuǐ）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（yán）究鎂（měi）鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的（de）脫S效果。結（jié）果表明：在1600℃下（xià），反應45min時，脫S效果（guǒ）更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率（lǜ）降低，出現“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（chèn）是很必要的（de），這（zhè）樣一方麵可以（yǐ）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（qiáng）還（hái）原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對（duì）鋼中P含量的影響：匡加（jiā）才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含（hán）量的影響。實（shí）驗結果表（biǎo）明：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼中（zhōng）P含量大幅度降低，由原始的0.1%降（jiàng）低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小（xiǎo）幅（fú）度（dù）降低。

耐火材（cái）料對鋼（gāng）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時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增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（huì）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套管保護（hù）主流時（shí），有機粘結劑導致吸（xī）H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低（dī）鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼（gāng）中N(氮)含（hán）量的影響：傳（chuán）統耐火材料N含量（liàng）很低，近年（nián）來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼（gāng）水（shuǐ）造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間（jiān），保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處（chù）增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水（shuǐ）中夾雜物的（de）影響：田琳等（děng）人研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管（guǎn）線鋼（gāng）鋼水潔淨化的影（yǐng）響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻（zhī）有鎂鈣質耐火材料（liào）能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均（jun1）使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反應（yīng），如CaO與（yǔ）Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合（hé）物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護（hù）層，或者從鎂鈣質耐（nài）火材料表（biǎo）麵（miàn）上剝落下來上浮至保護渣層中（zhōng）；在鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能（néng）力越強。

鎂（měi）鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，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（jiào）強。燒成白雲石磚基質部分（fèn）致（zhì）密（mì）程度高（gāo），較（jiào）不燒（shāo）白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比高堿度渣嚴重得多。相對而（ér）言（yán），燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿（jiǎn）度渣（zhā）侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量（liàng）高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質（zhì）材料具有良好的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（yòng）析出C3S，使材料表層致密（mì）化而（ér）有效抑製熔渣的（de）滲透（tòu）。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基（jī）質（zhì）的強（qiáng）溶蝕並滲透作用。

江北鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂（měi）鈣磚種類（lèi）複雜。除具備鎂（měi）鈣磚的特（tè）性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂碳磚具有更好的真空穩定性（xìng）、抗熱震性。鎂（měi）鈣碳（tàn）磚的（de）性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含（hán）量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼（gāng）水（shuǐ）的效果也越好；C含量越高（gāo），抗渣侵蝕和抗（kàng）剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究（jiū）：崔淑賢等人采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣（zhā）、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚的侵蝕進行實（shí）驗。實驗結果表明：初（chū）期渣MgO—C磚蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）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（yīn）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（bǐ）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（yǐ）比（bǐ）MgO—C磚侵（qīn）蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明（míng）鎂白雲石碳磚高溫（wēn）抗氧化性（xìng）和熱震穩定性好，抗酸（suān）性熔（róng）渣能力強；而且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯（chèn）。

白雲石質耐火材料對（duì）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（shǔ）夾雜物不（bú）僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分（fèn）布均勻（yún），使鋼（gāng）材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉（liàn）到（dào）精煉的整個過（guò）程中，耐火材料始終與鋼水（shuǐ）接觸，一般耐火材料對（duì）鋼水或多或少總有些汙染，唯有（yǒu）白雲石質即鎂鈣質耐火材（cái）料能淨化鋼水，除去（qù）鋼中的非（fēi）金（jīn）屬夾雜物，而且（qiě）不汙染環境。