徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的（de）淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地（dì）會對鋼水產（chǎn）生汙染。可是通過對白雲石（shí）質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不（bú）但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水（shuǐ），並（bìng）且（qiě）也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加（jiā）。

白（bái）雲石與鎂（měi）鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原（yuán）料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為（wéi）1.93。鎂鈣質耐火（huǒ）材料主要包（bāo）括白雲石質耐（nài）火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火（huǒ）材料。

其中，白（bái）雲石質耐火材料是指（zhǐ）全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂（měi）鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材（cái）料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響（xiǎng）鎂鈣質（zhì）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（róng）渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落（luò）性能和脫硫、脫磷的效果（guǒ）越好，但抗水化和（hé）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（bèi）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（shū）鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）的（de）含量要求嚴格，需（xū）要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調（diào）整化學成分和均勻化（huà）等。鎂鈣質（zhì）耐火材料中（zhōng）的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使（shǐ）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）鈣質耐火材料也（yě）適合用於冶煉低氧鋼（gāng），是爐外精煉冶（yě）煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼、特殊鋼等設備的（de）耐火（huǒ）材料。近年來（lái），為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降（jiàng）低耐火材（cái）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（摩爾分數）就可使MgO相對揮（huī）發（fā）性（xìng）大大降低（dī）。因此，MgO質材（cái）料中加入（rù）一定量（liàng）的（de）CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必（bì）須是CaO含（hán）量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量（liàng）盡可能要低。要使O含（hán）量（liàng）低，就要選擇氧勢盡可能低的（de）耐火材料，Mg與Ca在（zài）高溫（wēn）下以氣態存在，在鋼水中的溶解（jiě）度很（hěn）小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選（xuǎn）用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但（dàn）鋼包中采（cǎi）用CaO含量高即堿度高的（de）熔（róng）渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材（cái）料同樣也有利脫P。

鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料的熱震穩定性高、抗渣滲（shèn）透性好（hǎo），特別是熔渣中SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐火材（cái）料中的（de）CaO反應生成（chéng）高熔點化合物C2S或C3S,形成（chéng）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（zhǔ）要來（lái）自熔（róng）渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及（jí）有機添加物。熱力學分析認（rèn）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。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影（yǐng）響

耐（nài）火（huǒ）材料對鋼中氧含量（liàng）的影響：王（wáng）龍光等人（rén）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（de）溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料（liào）。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人（rén）試驗（yàn）研究鎂鈣磚與鋼水中S的反（fǎn）應，檢驗鎂鈣質耐火材料（liào）的脫S效果。結果（guǒ）表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫（tuō）S率達70.12%；超（chāo）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，使用白雲石質鋼包內襯是（shì）很必要的，這樣一方麵可以（yǐ）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（hán）量的（de）影響（xiǎng）：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的（de）影響（xiǎng）。實驗結果表（biǎo）明：當（dāng）澆注料中w（CaO）為25%時，鋼（gāng）中P含（hán）量大幅度（dù）降（jiàng）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（jǐn）有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用（yòng）含C耐火材（cái）料，鋼水顯著（zhe）增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增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及其中的有機（jī）粘結（jié）劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程（chéng）中，鋼包和中間包（bāo）係統中使用保護套（tào）管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包（bāo）烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳統耐火材料N含量（liàng）很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在（zài）鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的（de）增N點就是長（zhǎng）水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾（jiá）雜物的影（yǐng）響：田琳等人（rén）研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線（xiàn）鋼鋼水潔淨化的（de）影響，實（shí）驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料能去除鋼水中的夾（jiá）雜物，其餘的堿性耐（nài）火材料均（jun1）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（zhōng）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（yòu），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（sān）鈣)高熔點化合物（wù）被吸附鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵，形成保（bǎo）護層，或者從鎂鈣質耐火材料（liào）表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂（měi）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（yuè）強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁（liáng）義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂（měi）鈣磚（zhuān）的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲（yún）石（shí）磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵（qīn）蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基（jī）質部分致密（mì）程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣（zhā）侵蝕性。堿度較低（dī）的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣（zhā）嚴重得多（duō）。相對而言，燒成（chéng）的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於不燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕能力好於CaO含（hán）量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲（shèn）透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有（yǒu）效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔（róng）渣對基（jī）質的（de）強溶蝕並滲透作用（yòng）。

撫（fǔ）順鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主（zhǔ）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（tè）性（xìng）外，鎂（měi）鈣碳磚比鎂碳磚具（jù）有更好的真空穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能同時取決（jué）於CaO及C的（de）含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好（hǎo），淨化鋼水的效果也越（yuè）好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗侵蝕研究：崔淑（shū）賢（xián）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MgO—C磚產（chǎn）生結（jié）構剝落，蝕（shí）損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保（bǎo）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（yīn）為其在高溫中及被渣中（zhōng）∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究（jiū）結果表明鎂白雲石碳磚（zhuān）高（gāo）溫抗氧化性和熱震穩定（dìng）性好，抗酸性（xìng）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（děng），適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材（cái）料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾（jiá）雜（zá）物不僅（jǐn）數量少，而且尺寸很（hěn）小和形（xíng）態得到控製，合金元素成分精準（zhǔn）並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始（shǐ）終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有（yǒu）些汙染，唯有白雲石質即（jí）鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾雜（zá）物，而且不汙染環境。