徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度（dù），沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火材料對鋼水（shuǐ）的淨化作用，總是認為（wéi）耐火材料或多或少地會對（duì）鋼水產（chǎn）生汙染。可是通（tōng）過對白雲石（shí）質（鎂鈣質）耐（nài）火材料的理論研（yán）究和實際試驗，得出鎂鈣（gài）質材料（liào）不但不汙染鋼水，反而（ér）能淨化鋼水，並（bìng）且也不（bú）汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝（zhuāng）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（shì）天（tiān）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。鎂鈣質耐火材料主要包（bāo）括白雲石質（zhì）耐火材（cái）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）用煆燒或電熔的白雲（yún）石做原料的定型或不定形耐（nài）火材料；鎂白雲（yún）石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用（yòng）鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，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（lì）越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和（hé）脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差。因此，應該根（gēn）據爐外精煉等熱（rè）工設備的（de）不同部位（wèi）使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影（yǐng）響

潔淨鋼（gāng）、特殊鋼等對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐（lú）外精煉除去鋼中雜質及夾雜物（wù）以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料（liào）中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來（lái），為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員（yuán）對白雲石質耐（nài）火材料進行了許（xǔ）多試（shì）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（fā）性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對（duì）揮發（fā）性大大降低。因此，MgO質（zhì）材料中加入（rù）一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使（shǐ）用比純MgO質耐火材（cái）料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔（róng）渣必須（xū）是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量（liàng）盡可能（néng）要低。要使O含量低，就要選擇氧（yǎng）勢（shì）盡可能低（dī）的（de）耐火材（cái）料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，而CaO的氧勢也很小，因此，精（jīng）煉設備應（yīng）該選（xuǎn）用鎂（měi）鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中（zhōng）采用CaO含量高即堿度高的熔渣（zhā）有利脫P，因此（cǐ），用CaO含量高（gāo）的鎂鈣（gài）質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的（de）熱震穩定性高、抗渣滲透性好（hǎo），特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成（chéng）高熔點化合物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（shuǐ）分（fèn）及（jí）有機添加物。熱力學分（fèn）析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題（tí）。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中（zhōng）氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的（de）氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼（gāng）水增氧的有（yǒu）效（xiào）材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中（zhōng）S的反應（yīng），檢（jiǎn）驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下（xià），反應（yīng）45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了（le）使鋼包獲（huò）得有效的脫S效果，使用白雲（yún）石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵（miàn）可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方（fāng）麵可以（yǐ）避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料（liào）的（de）過度消耗。

耐火（huǒ）材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注料對鋼中P含量的影響。實（shí）驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大（dà）幅度降低（dī），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。

耐火材料對（duì）鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材（cái）料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次（cì）使（shǐ）用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含（hán）量的（de）影響：耐（nài）火材料中的水分（fèn）以及其中的有機（jī）粘（zhān）結劑會對鋼水中的H含量（liàng）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。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降（jiàng）低（dī）鋼水的吸H量。

耐火材料（liào）對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關（guān）注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的（de）增N量在鋼（gāng）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（zēng）N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物（wù）的影響（xiǎng）：田琳等人研究了鎂鈣、鎂（měi）鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻（zhī）有鎂鈣（gài）質耐（nài）火材（cái）料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼（gāng）水（shuǐ）夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去（qù）除鋼中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點化合（hé）物被吸附鎂（měi）鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上（shàng）剝落下（xià）來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活（huó）性CaO含量越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜（zá）物的能力越強。

鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等（děng）人采用靜（jìng）態坩堝（guō）法研（yán）究3種不（bú）鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結（jié）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強。燒成白雲石磚（zhuān）基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的（de）抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣（zhā）對三種（zhǒng）磚的侵蝕和滲透比（bǐ）高堿度渣嚴重（chóng）得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不（bú）燒鎂（měi）鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕能（néng）力好於CaO含量低（dī）的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高（gāo）堿度熔渣（zhā）的侵蝕和滲透能力，這是（shì）因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表（biǎo）層致（zhì）密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度（dù）熔（róng）渣（zhā）具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質（zhì）的強溶蝕並滲透作用。

三沙鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

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（gài）磚的特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更（gèng）好的真空穩定性（xìng）、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，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣（zhā）侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用（yòng）煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終（zhōng）期渣分別對（duì）鎂鈣碳磚及鎂碳磚的（de）侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣（zhā）MgO—C磚蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為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（yīn）為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和（hé）終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕（shí）損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因（yīn）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（huì）章等人（rén）研究結果表明（míng）鎂（měi）白雲石（shí）碳（tàn）磚（zhuān）高溫抗氧化性和熱震穩定性好（hǎo），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，適合（hé）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（fēi）金屬夾雜物不（bú）僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金（jīn）元素成（chéng）分精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品質。在鋼水從冶（yě）煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一（yī）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（gài）質耐火材（cái）料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不（bú）汙染環境。