徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼工藝的角度研究提高鋼（gāng）的純淨度，沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐（nài）火材（cái）料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或（huò）少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石（shí）質（zhì）（鎂鈣質）耐火材（cái）料的理（lǐ）論研究和實際試（shì）驗，得出（chū）鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨（jìng）化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用（yòng）日益增加。

白雲石與（yǔ）鎂鈣質耐火（huǒ）材料的特征

白（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的（de）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）括白雲石質耐（nài）火材料、鎂白雲（yún）石質耐火材料（liào）、鎂鈣（gài）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（róng）的白雲石做原料（liào）的（de）定型或不定形耐火材料（liào）；鎂（měi）白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石（shí）與白雲石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響鎂鈣質製品（pǐn）的高溫使用性能（néng），MgO含量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水（shuǐ）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（néng）越差。因此，應該根據爐外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等夾雜物的含（hán）量要求嚴格，需要爐外精煉除（chú）去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學（xué）成分（fèn）和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的（de）遊離CaO，易與鋼水中的S、P等（děng）雜質反應，使其轉移（yí）到爐渣中，具有除去雜質、淨（jìng）化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶（yě）煉低氧鋼，是（shì）爐外精煉冶煉潔淨鋼（gāng）、純淨鋼、特殊鋼（gāng）等設（shè）備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延（yán）長爐襯壽命、降低耐火（huǒ）材料消耗，研究（jiū）人員對白雲石質（zhì）耐（nài）火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真（zhēn）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）爾分數）就可使（shǐ）MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料（liào），在（zài）高溫真空條件下使用比純MgO質（zhì）耐（nài）火材料更（gèng）合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必（bì）須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼（gāng）水中溶解的O含量盡（jìn）可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能（néng）低的耐火材料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態存在（zài），在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備（bèi）應該選用鎂鈣質耐（nài）火材料。溫度升高不（bú）利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，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物C2S或C3S,形成保護層，從而（ér）抑製熔渣的滲（shèn）透（tòu）。

關於H含量的問題，采用真空精煉（liàn），其H主（zhǔ）要來自熔渣或精煉設備內襯耐（nài）火材料的（de）水（shuǐ）分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘（hōng）烤，充分排除其中的水（shuǐ）分，就不存在鋼水中氫（H）含量增（zēng）高問題。

鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料（liào）對鋼水性（xìng）能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為（wéi）MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧（yǎng）平衡分壓，在鋼水（shuǐ）中的溶解（jiě）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（xiǎng）：田琳等人試（shì）驗研究鎂鈣（gài）磚與（yǔ）鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果（guǒ）。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效（xiào）果更好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了（le）使鋼包獲得有效的（de）脫S效果，使用白雲（yún）石（shí）質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡（jìn）可能（néng）降低鋼包（bāo）內襯的再氧（yǎng）化能力，另一方麵可以避免強還（hái）原條件下鋼包渣導致耐火材（cái）料的過度消耗。

耐火材（cái）料對鋼中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含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材（cái）料對鋼水碳（tàn）含（hán）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（zhì）品第二（èr）次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐（nài）火（huǒ）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（bāo）係統中（zhōng）使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包（bāo）、中間包烘烤，能有效地降低（dī）鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量（liàng）的影（yǐng）響（xiǎng）：傳統耐火材料N含量很（hěn）低（dī），近年來氮化物在耐（nài）火材（cái）料中應用受到關注，如Sialon分解（jiě）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（zhù）的增N點就（jiù）是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研（yán）究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實（shí）驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐（nài）火材料能去除（chú）鋼水中的（de）夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜（zá）物（wù）數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐（nài）火（huǒ）材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，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火材料表麵，形（xíng）成保護層，或者從鎂（měi）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：梁義兵等（děng）人采用靜態坩堝法研（yán）究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的（de）白雲石磚（zhuān）抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比（bǐ）較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更（gèng）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。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於（yú）CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵（dǐ）抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這（zhè）是因為渣與（yǔ）鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表（biǎo）層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣（zhā）具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是（shì）熔渣（zhā）對基質的強溶蝕並滲透作用。

柳州鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成（chéng）鎂鈣磚種類複（fù）雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳磚具有更（gèng）好的真空穩（wěn）定性、抗熱震性。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（bāo）落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗（kàng）渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研（yán）究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中（zhōng）期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實（shí）驗。實驗結果表明（míng）：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（chǎn）生結構剝落，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（hé）1.2%，因為其在高（gāo）溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂（měi）白雲石碳磚高溫抗氧化性（xìng）和（hé）熱震穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫（tuō）O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白（bái）雲石質耐火材料對潔淨鋼（gāng）的影（yǐng）響

潔淨鋼（gāng）係指鋼（gāng）中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬夾（jiá）雜物（wù）不僅數量少，而且尺寸很小（xiǎo）和形態得到控製，合金元素成分精準（zhǔn）並且分布均勻，使鋼材具有高性（xìng）能、高品質。在鋼水從冶煉到（dào）精煉的（de）整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐（nài）火材料對（duì）鋼水或多或少總有些（xiē）汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化（huà）鋼水，除去鋼中的（de）非金屬夾（jiá）雜物，而（ér）且不汙染環境。