徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純（chún）淨（jìng）度，沒（méi）有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材（cái）料或多或少地會對鋼水產生汙染。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，得出鎂鈣質材（cái）料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等爐（lú）外精煉裝置中應用日益增加。

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，煆燒後的理論組成為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、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐（nài）火材料。

其中，白雲（yún）石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的（de）白雲石做原料的（de）定（dìng）型或（huò）不定形（xíng）耐火材料；鎂白（bái）雲石（shí）和鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）是用鎂石與白雲石合成的（de）耐火材料。MgO、CaO含量的（de）變化影響鎂鈣質製（zhì）品的高溫使用性（xìng）能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水化能力越（yuè）強；CaO含（hán）量越高，抗高（gāo）SiO2熔渣（zhā）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（hǎo），但抗水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性（xìng）能越差。因此，應該根據（jù）爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條（tiáo）件，合理選擇鎂鈣質耐火材（cái）料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材（cái）料對淨化鋼水作（zuò）用的（de）影響

潔淨鋼、特殊鋼（gāng）等對鋼中（zhōng）的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等（děng）夾雜（zá）物（wù）的含量要求嚴格（gé），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（hé）均勻化等。鎂鈣（gài）質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼（gāng）水中的S、P等雜（zá）質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼（gāng）水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材（cái）料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼（gāng）等設備（bèi）的耐火材料。近年來（lái），為（wéi）了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗（hào），研究人員對（duì）白雲石質耐火材料進行了許多試驗研（yán）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（xìng）是有影（yǐng）響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加（jiā）入一（yī）定量的（de）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（zhì）耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使（shǐ）鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且（qiě）鋼水中溶解的（de）O含量盡可能要低。要使O含量低，就要（yào）選（xuǎn）擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以（yǐ）氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精（jīng）煉設備應該選用鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含（hán）量高即堿度高的熔渣（zhā）有利脫P，因此，用CaO含（hán）量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫（tuō）P。

鎂鈣質耐火材料的熱（rè）震穩定（dìng）性高、抗（kàng）渣滲透性好，特別是熔（róng）渣中SiO2滲（shèn）入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生（shēng）成高熔點化合物C2S或C3S,形成保（bǎo）護層，從（cóng）而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內（nèi）襯耐火材料的水分及（jí）有機添（tiān）加物。熱力學分析認為：要（yào）在1200℃下長期烘烤，充分排除（chú）其中的水分，就不存（cún）在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質（zhì）耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧（yǎng）含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材（cái）料中的CaO熱（rè）力學穩定性高，具有很低的氧平（píng）衡分壓，在（zài）鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼（gāng）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（měi）鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢驗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70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現（xiàn）象。為了使鋼包（bāo）獲（huò）得有效的脫S效果，使用白雲石（shí）質（zhì）鋼包內襯是很（hěn）必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一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。

耐火材料對鋼中P含量的影（yǐng）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（míng）：當澆注料中w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含量大幅度降低，由（yóu）原始的0.1%降低到0.01%，進一步（bù）提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火（huǒ）材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料（liào），鋼（gāng）水顯（xiǎn）著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水（shuǐ）僅發生輕（qīng）微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火材料中的水分以（yǐ）及其（qí）中的有機粘結劑（jì）會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對（duì）鋼包、中間（jiān）包烘烤，能（néng）有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響（xiǎng）：傳統（tǒng）耐（nài）火（huǒ）材料N含量很（hěn）低，近年來氮化（huà）物在耐火材料中應（yīng）用受（shòu）到（dào）關注，如Sialon分（fèn）解對（duì）鋼水造成增N。更大的（de）增N量在鋼包與中間包（bāo）之間，保護（hù）套管非常重（chóng）要（yào），連鑄的（de）增N點就是長水口保（bǎo）護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中（zhōng）夾雜（zá）物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對（duì）管（guǎn）線鋼（gāng）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（néng）去除鋼水（shuǐ）中的夾雜物，其餘的堿性耐火材（cái）料均使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（fǎn）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（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應（yīng）生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材（cái）料表（biǎo）麵，形成保護層，或（huò）者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質（zhì）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（gài）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種不鏽鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白（bái）雲石磚抗高堿度的AOD渣（zhā）侵蝕和滲透能力比較強。燒（shāo）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（xìng）。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕（shí）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（zhā）侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕能力好（hǎo）於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良（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（xī）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（jiào）強（qiáng）的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質（zhì）的（de）強溶蝕並滲透作用。

閔行鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚的性能及（jí）抗侵蝕（shí）的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有（yǒu）更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性（xìng）能同時取（qǔ）決於CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高（gāo），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（yuè）強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑（shū）賢等人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（shí）驗。實驗結果表明：初期（qī）渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚（zhuān）的界麵上產生了C2S保護（hù）層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕（shí）嚴重。

孫惠（huì）章等人研究結果表明鎂（měi）白雲石碳磚高溫（wēn）抗氧化性和熱震（zhèn）穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中（zhōng）的CaO有利（lì）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（liào）對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數（shù）量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合（hé）金元素成（chéng）分精準並且分布均勻，使鋼材（cái）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（chù），一般耐火材料對（duì）鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質（zhì）即鎂鈣質耐火材料能淨（jìng）化鋼水（shuǐ），除（chú）去（qù）鋼中（zhōng）的非金（jīn）屬夾雜（zá）物，而（ér）且不汙染環（huán）境。