徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼工藝的角度研究提高鋼的（de）純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材（cái）料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會（huì）對鋼水產（chǎn）生汙染。可（kě）是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材（cái）料的理論研究和實際試驗，得出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（yīng）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（rán）礦物原料，煆燒後的理論組（zǔ）成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為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（bù）用煆燒（shāo）或電熔的（de）白雲石做原料的定型或（huò）不定（dìng）形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣（gài）質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材（cái）料（liào）。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能（néng），MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含（hán）量越高（gāo），抗高SiO2熔渣（zhā）的能力越強，高溫（wēn）蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的（de）效果越好，但（dàn）抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。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（hé）理選擇鎂鈣質耐火（huǒ）材料中（zhōng）的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作（zuò）用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含（hán）量要求（qiú）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等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質（zhì）反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水（shuǐ）的（de）功能。由於CaO的氧勢很低（dī），鎂鈣質耐火材料也適合用（yòng）於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的（de）耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進（jìn）行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分（fèn）數）就可使MgO相對揮發性大（dà）大降低。因此，MgO質材料（liào）中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空（kōng）條件下使用比純MgO質耐火（huǒ）材（cái）料更合適。

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（hán）量盡可能要低。要使O含量低，就要選（xuǎn）擇（zé）氧（yǎng）勢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（de）溶解度很小，而CaO的氧勢（shì）也很（hěn）小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣（gài）質耐火材料。溫度升高（gāo）不利於脫P，但鋼包（bāo）中（zhōng）采用（yòng）CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此（cǐ），用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利（lì）脫P。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的（de）熱（rè）震穩定性高（gāo）、抗渣滲（shèn）透性好，特別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物（wù）C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

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

鎂（měi）鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認（rèn）為MgO—CaO耐（nài）火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡（héng）分壓，在鋼水中的溶解（jiě）度（dù）很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中（zhōng）S的影響：田琳（lín）等人（rén）試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反應，檢驗鎂（měi）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70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為（wéi）了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一（yī）方麵可（kě）以盡可能降低鋼包內襯的再氧（yǎng）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（de）過（guò）度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影（yǐng）響。實驗結（jié）果表明：當澆注料（liào）中w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含量大幅度降低，由原（yuán）始的0.1%降低到（dào）0.01%，進一步提高（gāo）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（liàng）的影響（xiǎng）：實（shí）驗表明，使用含C耐火材料，鋼（gāng）水顯（xiǎn）著增C，當同一（yī）製品第二次使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增C。

耐火材料（liào）對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材（cái）料中的水分以及其中的（de）有機粘結劑會對鋼水（shuǐ）中的H含量產（chǎn）生顯（xiǎn）著影（yǐng）響。連鑄過程（chéng）中（zhōng），鋼包和中間包（bāo）係統中使用（yòng）保護套管（guǎn）保護主流時，有機（jī）粘結劑導致吸H。對鋼（gāng）包、中間包烘烤，能有效（xiào）地降低鋼水的吸H量。

耐火材料（liào）對鋼（gāng）中N(氮)含量（liàng）的影響：傳統（tǒng）耐火材料N含量很低，近年來氮（dàn）化物在（zài）耐火材料中應用受到關注，如（rú）Sialon分解對鋼水造成增（zēng）N。更（gèng）大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非（fēi）常重要，連鑄（zhù）的增N點就是（shì）長水口保護，此（cǐ）處增（zēng）N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼（gāng）水中夾雜物的影響：田琳（lín）等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對（duì）管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣（gài）質耐火材料能去除鋼（gāng）水中的夾雜物，其餘（yú）的堿性耐火材料均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，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合（hé）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（gài）)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層（céng），或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至（zhì）保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活（huó）性CaO含量越高，吸附鋼（gāng）水中（zhōng）夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采（cǎi）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含量高的白雲（yún）石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力（lì）比較強。燒（shāo）成白（bái）雲（yún）石磚（zhuān）基質部（bù）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（shí）和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而（ér）言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕能力（lì）好於CaO含（hán）量（liàng）低（dī）的鎂鈣磚。鎂鈣質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析出C3S，使材料表層致密化（huà）而有效抑（yì）製熔渣的滲透。低（dī）堿度熔渣具有（yǒu）較強的侵蝕和滲（shèn）透能（néng）力（lì），主要是熔（róng）渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

莆田鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕（shí）的（de）研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類（lèi）複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具（jù）有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性能同時取決（jué）於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落（luò）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（gài）碳磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期（qī）渣和終期渣（zhā）分（fèn）別對（duì）鎂鈣碳磚及（jí）鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期（qī）渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚（zhuān）產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較（jiào）輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為（wéi）其在高溫（wēn）中及被渣中∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴重（chóng）。

孫惠（huì）章等人研（yán）究（jiū）結果表明鎂（měi）白雲石碳磚高溫（wēn）抗（kàng）氧化性和（hé）熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等（děng），適合（hé）冶煉鋼的電爐爐襯。

白（bái）雲石質耐火材料對潔淨鋼（gāng）的（de）影響

潔淨鋼係（xì）指鋼中有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到（dào）控製，合金元素成分精準並且（qiě）分布均勻（yún），使鋼材具（jù）有高性能、高品質。在鋼（gāng）水從冶煉到精煉的整個過程中（zhōng），耐火材料始終與鋼（gāng）水接（jiē）觸，一般耐火材料對（duì）鋼水或多或少總有些汙染，唯有白（bái）雲石質即鎂鈣（gài）質耐火材料能淨（jìng）化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不（bú）汙染環境。