徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼工藝的角（jiǎo）度研究提高鋼的純（chún）淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐（nài）火材料對鋼水的淨化作用，總是（shì）認為耐火材料或多或少（shǎo）地（dì）會對鋼水產生汙染。可（kě）是通過對（duì）白雲（yún）石質（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理論（lùn）研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但（dàn）不汙染鋼（gāng）水，反而（ér）能（néng）淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火（huǒ）材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料（liào）、鎂白雲石質耐火材料（liào）、鎂鈣質耐火材料。

其中（zhōng），白雲石質耐火材料是（shì）指全部用煆燒或電熔的白雲石（shí）做原料的定型或不定形耐（nài）火材料；鎂白雲石和（hé）鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石（shí）合成的耐火材（cái）料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣（gài）質製品的高溫使（shǐ）用性（xìng）能，MgO含量（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，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（bù）位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐（nài）火材料中的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（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（gé），需要爐（lú）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（jun1）勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中（zhōng）的（de）S、P等雜質反應，使其轉移到爐（lú）渣（zhā）中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精（jīng）煉冶煉（liàn）潔淨鋼、純（chún）淨鋼、特（tè）殊鋼等設備的耐火（huǒ）材料。近年來，為（wéi）了淨化鋼水、延（yán）長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究（jiū）人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究（jiū），取得了很好（hǎo）的結果。

MgO在（zài）真空條（tiáo）件下容（róng）易揮發，而CaO對MgO的揮發（fā）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質材料中（zhōng）加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在高溫真空條件下使（shǐ）用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量（liàng）低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水（shuǐ）中溶解的O含量盡可能要低（dī）。要使（shǐ）O含量低，就要選擇（zé）氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態（tài）存（cún）在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選（xuǎn）用鎂鈣質耐（nài）火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包（bāo）中采（cǎi）用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性（xìng）好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反（fǎn）應（yīng）生成高熔點化合物（wù）C2S或C3S,形成保護（hù）層，從（cóng）而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題（tí），采用真空精煉，其H主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（lì）學分（fèn）析認為：要（yào）在1200℃下長期（qī）烘烤（kǎo），充分排（pái）除其中的水分，就不存在（zài）鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂（měi）鈣質耐（nài）火（huǒ）材料對鋼水性能的影響

耐火材（cái）料對鋼中氧含量的（de）影（yǐng）響：王龍（lóng）光等（děng）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（fèn）壓，在鋼水中的溶解度很小，被（bèi）認為是防止鋼水增氧（yǎng）的有（yǒu）效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗（yàn）研究鎂鈣（gài）磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明（míng）：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”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質（zhì）鋼包（bāo）內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降（jiàng）低鋼包內（nèi）襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣（zhā）導致耐火材料的過（guò）度（dù）消耗（hào）。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研（yán）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含量（liàng）大幅（fú）度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一（yī）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影響：實驗表明（míng），使用含C耐火（huǒ）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（de）影響：耐火材料中的水分以及（jí）其（qí）中的有機粘結（jié）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（tǒng）中使用（yòng）保（bǎo）護套管保護主流時，有機粘結（jié）劑導（dǎo）致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降（jiàng）低鋼水的（de）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（hán）量很低，近年（nián）來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如（rú）Sialon分解對鋼水造（zào）成增N。更大的增N量（liàng）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（jiá）雜（zá）物（wù）的（de）影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化（huà）的影響，實驗表明：在反應30min的（de）情況下，隻有鎂（měi）鈣（gài）質耐火材（cái）料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性（xìng）耐火材料（liào）均使鋼水夾雜物數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等（děng）夾雜物可與鎂（měi）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，可有效地去除鋼（gāng）中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高熔點化合物被吸（xī）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麵上剝落下來上浮至保護渣（zhā）層中；在鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料中的活性CaO含量（liàng）越高，吸附鋼水中夾雜（zá）物的能力（lì）越強。

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究3種不（bú）鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試（shì）驗結果得出（chū），CaO含量高的白雲石（shí）磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石（shí）磚基質部分致密程度高，較不燒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（duō）。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯（xiǎn）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好於CaO含量低的鎂鈣（gài）磚。鎂（měi）鈣質材料具有良（liáng）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析出C3S，使材料表層致密（mì）化（huà）而有效抑製熔渣的滲透。低堿（jiǎn）度熔（róng）渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣（zhā）對基（jī）質（zhì）的強溶蝕並（bìng）滲透作用。

江門鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕的（de）研究

鎂（měi）鈣碳磚主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的（de）特性外，鎂鈣碳（tàn）磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震（zhèn）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：崔淑賢等人（rén）采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳（tàn）磚及鎂碳磚的侵蝕進（jìn）行實（shí）驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產生結構剝落，蝕（shí）損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在（zài）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磚的蝕損率（lǜ）反而分別比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MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結（jié）果表明鎂白雲（yún）石（shí）碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸（suān）性熔渣能力強；而且磚（zhuān）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（lú）襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔（jié）淨鋼（gāng）係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常（cháng）少，非金屬夾雜物不僅數量少（shǎo），而且尺寸很小和（hé）形態（tài）得到控製，合金元素（sù）成分精準並且分布均勻，使鋼材（cái）具（jù）有（yǒu）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，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。