徐平坤

以前，從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料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地（dì）會對鋼水產（chǎn）生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得（dé）出鎂鈣質材（cái）料不但不汙染（rǎn）鋼水，反而能淨化鋼水，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（liào），煆燒後的理論（lùn）組（zǔ）成為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主（zhǔ）要包括白雲石質耐火材（cái）料、鎂白雲石質耐火材（cái）料、鎂鈣質耐火材料。

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（yún）石和鎂鈣（gài）質耐火材料是用鎂石與（yǔ）白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的變（biàn）化影響（xiǎng）鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和（hé）抗水化能（néng）力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能（néng）力越（yuè）強，高（gāo）溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）能（néng）和脫（tuō）硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越（yuè）差。因此，應該根據（jù）爐（lú）外精煉等熱工（gōng）設備的不同（tóng）部位（wèi）使用條件，合理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲石質耐火材料對淨化（huà）鋼水作用的影響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼等（děng）對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量（liàng）要求嚴格，需要爐外精（jīng）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（děng）雜質反應，使其轉移到爐（lú）渣（zhā）中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能（néng）。由於（yú）CaO的氧勢很低（dī），鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶煉低氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊鋼（gāng）等（děng）設備的耐火（huǒ）材料。近（jìn）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（bái）雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，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（shǐ）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（wēn）真（zhēn）空條件下使用比純（chún）MgO質耐火材料更合適。

鋼水中（zhōng）的脫（tuō）S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高（gāo）堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低（dī）。要（yào）使O含量低（dī），就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精（jīng）煉設備（bèi）應該選（xuǎn）用鎂鈣質耐火材（cái）料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高（gāo）即堿度高的（de）熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的（de）鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料（liào）的熱震（zhèn）穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲（shèn）入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保（bǎo）護層，從而抑（yì）製熔渣的滲透（tòu）。

關於H含量的問題，采（cǎi）用真空精煉，其H主要來自熔渣（zhā）或精（jīng）煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排（pái）除其中的水分，就不（bú）存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材（cái）料對鋼（gāng）水性能的影響

耐火材料對鋼中（zhōng）氧含（hán）量的影響：王龍光等（děng）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（zhǐ）鋼水（shuǐ）增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗（yàn）研究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表（biǎo）明：在1600℃下，反應45min時（shí），脫S效果更好，脫S率（lǜ）達70.12%；超過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（xiào）果，使用（yòng）白雲石質鋼（gāng）包內襯是很必要的，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（miàn）可（kě）以避免強還原條件下鋼包渣（zhā）導（dǎo）致耐火材料（liào）的過度消耗。

耐火材料對（duì）鋼中P含量的影響：匡加才（cái）研究MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼（gāng）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含量大幅度降低，由原始的0.1%降（jiàng）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（cái）料對鋼水碳含量的（de）影響：實驗（yàn）表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當（dāng）同一（yī）製品第二次使用時，鋼水僅發（fā）生輕微增C。

耐火材料對（duì）鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及（jí）其中的有機粘結劑（jì）會對（duì）鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和（hé）中間包係統中（zhōng）使用保護套管保護主流時，有機粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼（gāng）包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火（huǒ）材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統（tǒng）耐（nài）火材料N含量很低，近年來氮（dàn）化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成（chéng）增N。更大的增N量在鋼包（bāo）與中（zhōng）間包之（zhī）間，保護套管（guǎn）非常（cháng）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（cái）料對鋼水中（zhōng）夾雜物的影響：田琳等人研（yán）究（jiū）了鎂鈣、鎂（měi）鋁、鎂鉻耐火材料對管（guǎn）線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材（cái）料能去除鋼水（shuǐ）中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均（jun1）使鋼水夾雜（zá）物（wù）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反應生（shēng）成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可（kě）有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔（róng）點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵（miàn），形成保護層，或者從鎂（měi）鈣質耐火材料表麵上剝落下來（lái）上（shàng）浮至保護渣層（céng）中；在（zài）鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中（zhōng）夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等人（rén）采用靜態坩堝法研究（jiū）3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出（chū），CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和（hé）滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密（mì）程度高，較不燒白雲石（shí）磚（zhuān）具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低（dī）的VOD爐渣對（duì）三種磚的侵蝕和滲透比高堿度（dù）渣（zhā）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含量（liàng）低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣（gài）質材料具有良好的抵抗高（gāo）堿（jiǎn）度（dù）熔渣的侵（qīn）蝕和（hé）滲透能力，這是因（yīn）為渣與鎂鈣材（cái）料作用析出C3S，使材料（liào）表層致（zhì）密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較（jiào）強的侵（qīn）蝕和（hé）滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲（shèn）透作用。

烏海鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性（xìng）能及抗侵蝕的研（yán）究

鎂鈣碳磚（zhuān）主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂（měi）鈣磚種（zhǒng）類複雜。除（chú）具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真（zhēn）空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能（néng）越好，淨化鋼水的效果也越好（hǎo）；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂（měi）鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔（cuī）淑賢（xián）等人采用煉（liàn）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（jìn）行實驗（yàn）。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕（shí）損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護（hù）層；可是中期渣和終期渣（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕（shí）損（sǔn）率反而分別比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（zhuān）侵蝕嚴重。

孫惠章等（děng）人研究結果表明（míng）鎂白雲石碳磚（zhuān）高溫抗氧化性和熱（rè）震穩定性好，抗酸性熔渣（zhā）能力強（qiáng）；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（de）電爐（lú）爐（lú）襯。

白（bái）雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨（jìng）鋼係指（zhǐ）鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不（bú）僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均（jun1）勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從（cóng）冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼（gāng）水或多或少總（zǒng）有些汙（wū）染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火（huǒ）材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物（wù），而且不汙染環境（jìng）。