徐平坤

以前，從煉鋼（gāng）工藝（yì）的角度研究提高鋼的純淨度（dù），沒有考慮與（yǔ）鋼水直接（jiē）接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生（shēng）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（shí）際試驗，得（dé）出鎂鈣質材料不（bú）但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙（wū）染環境，在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼包等（děng）爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的（de）特征（zhēng）

白雲石（CaCO3·MgCO3）是（shì）天然礦物原料，煆燒（shāo）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（nài）火材料主（zhǔ）要（yào）包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石（shí）質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石（shí）與白雲石（shí）合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化（huà）影響鎂鈣質製品的（de）高溫使用性能，MgO含量越（yuè）高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強，高（gāo）溫蠕變越（yuè）大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的（de）效果越好，但抗水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外（wài）精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼（gāng）水作用的影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元（yuán）素（sù）及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴（yán）格，需要（yào）爐外精煉除去鋼中雜質（zhì）及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）中的遊離CaO，易與鋼（gāng）水中的S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉（zhuǎn）移到爐渣中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的功（gōng）能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧（yǎng）鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長（zhǎng）爐襯壽命、降低耐火材料消（xiāo）耗，研究人員對白雲石質耐（nài）火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結（jié）果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是（shì）有（yǒu）影（yǐng）響的，含有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數）就可使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，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（dī），熔渣必須是CaO含量高（gāo）的（de）高堿度渣，並且（qiě）鋼水中（zhōng）溶解的（de）O含量盡可能要低。要使O含量低（dī），就要選擇氧勢盡（jìn）可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料。溫度升高不利於脫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（yě）有利脫P。

鎂（měi）鈣質耐火材料的熱震（zhèn）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（liào）中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層（céng），從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問（wèn）題，采用真空精煉，其H主（zhǔ）要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料（liào）的水分及有機添加（jiā）物。熱力學分（fèn）析認為：要在1200℃下（xià）長期烘烤（kǎo），充（chōng）分排除其中的水（shuǐ）分，就不存在鋼水中氫（qīng）（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料對鋼水性能的（de）影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料（liào）中的（de）CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓（yā），在鋼水中的溶解度很小，被（bèi）認為是防止鋼水增氧的有效材料（liào）。

耐火材料對（duì）鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反應，檢驗鎂鈣質耐火材料（liào）的脫（tuō）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（dī），出（chū）現“回S”現象。為了使（shǐ）鋼（gāng）包獲得有效的脫S效果，使用白雲石（shí）質鋼包內襯是很必要的，這（zhè）樣一方麵可以盡可（kě）能降低鋼包內（nèi）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（cái）料的過度（dù）消耗。

耐火材（cái）料（liào）對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響（xiǎng）。實驗結果表明：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含（hán）量大（dà）幅度降低，由原始的（de）0.1%降低到0.01%，進一步提（tí）高（gāo）CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼（gāng）水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第（dì）二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響（xiǎng）：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（yǐng）響。連鑄過程中，鋼包（bāo）和中間包係統中使用保護套管保護主流時（shí），有機粘結劑導（dǎo）致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳（chuán）統耐（nài）火（huǒ）材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料（liào）中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中（zhōng）夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材料（liào）對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實（shí）驗表明：在（zài）反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料（liào）能（néng）去除（chú）鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火（huǒ）材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂鈣耐火材料中的CaO反（fǎn）應（yīng），如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合（hé）物，熔點約為1400℃左（zuǒ）右，可（kě）有效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應（yīng）生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和（hé）C3S(矽酸（suān）三鈣)高（gāo）熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形（xíng）成保（bǎo）護層，或者從鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）表麵上剝落（luò）下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料（liào）中的活性CaO含量越（yuè）高，吸（xī）附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性（xìng）能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂（měi）鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵（qīn）蝕和滲透能（néng）力比（bǐ）較（jiào）強。燒成白雲石磚基質部（bù）分致（zhì）密程度高，較不燒白雲石磚具有更（gèng）好（hǎo）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（hé）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（xìng）明顯好於不燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的燒成（chéng）鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕能力（lì）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（mì）化而有效抑製熔渣的滲透。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（shí）並滲透作用。

威海（hǎi）鎂磚之鎂鈣碳磚的（de）性能（néng）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。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具（jù）有更（gèng）好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決（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（xiào）果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣（zhā）和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗（yàn）結（jié）果表（biǎo）明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因（yīn）為MgO—C磚產生結構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是（shì）中期渣（zhā）和終期（qī）渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比（bǐ）MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵（qīn）蝕（shí）嚴重。

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

白雲石質耐火材料對潔淨鋼（gāng）的影響

潔淨鋼係指（zhǐ）鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬（shǔ）夾（jiá）雜物（wù）不僅數量少，而且（qiě）尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性（xìng）能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火（huǒ）材料始終與鋼水（shuǐ）接觸，一般耐火材料對鋼水或多（duō）或少（shǎo）總（zǒng）有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而（ér）且不汙染環境。