徐平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與（yǔ）鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總（zǒng）是認為耐火材料或多或（huò）少地（dì）會對（duì）鋼水（shuǐ）產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂（měi）鈣質）耐火材料（liào）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，反而能（néng）淨（jìng）化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼包等（děng）爐（lú）外（wài）精煉裝置中應用日益增加。

白雲（yún）石與鎂鈣質耐（nài）火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的（de）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括白雲（yún）石質耐火材料、鎂白雲石質耐（nài）火材料、鎂鈣質耐（nài）火材料。

其（qí）中，白雲（yún）石質耐火材料是指全部用煆燒或電（diàn）熔的白雲石做原料的（de）定型或不定（dìng）形耐火材料（liào）；鎂白雲石（shí）和鎂鈣質耐火材料是用鎂石（shí）與白雲石合成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含量（liàng）的變化（huà）影響鎂鈣質製品（pǐn）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（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強（qiáng），高溫蠕變越大（dà），抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越（yuè）好，但（dàn）抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越差。因（yīn）此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部（bù）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（zhì）耐（nài）火材料（liào）對（duì）淨化鋼水作用的影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊鋼等對（duì）鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含量要求嚴（yán）格，需要爐外（wài）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（yǔ）鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具（jù）有除（chú）去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材料也適合用於冶煉低氧鋼（gāng），是（shì）爐外（wài）精煉冶煉潔淨鋼、純（chún）淨鋼、特（tè）殊鋼等設備的耐火（huǒ）材料。近年來（lái），為了（le）淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對（duì）白雲石質耐火（huǒ）材料進行了許多試（shì）驗研究，取得了很好的（de）結果。

MgO在真空條件（jiàn）下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩爾分數）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（zhì）耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐（nài）火材（cái）料更合適。

鋼水中的脫S反應中（zhōng），要使鋼水S含量低，熔渣必須是（shì）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，就要選擇氧（yǎng）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（zhōng）的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣（gài）質耐火材料。溫度升高不利於脫（tuō）P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利（lì）脫P，因此，用CaO含量高的（de）鎂（měi）鈣質耐火材料同樣也有利脫（tuō）P。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別（bié）是熔渣中SiO2滲（shèn）入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生（shēng）成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔（róng）渣的（de）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襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為（wéi）：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（hán）量增高問題。

鎂鈣質耐（nài）火材料對鋼（gāng）水性（xìng）能的影響

耐（nài）火材料對鋼（gāng）中氧含量的影響：王（wáng）龍光等（děng）人認為MgO—CaO耐火材（cái）料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中（zhōng）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：田琳等人試（shì）驗研究鎂（měi）鈣磚與鋼水中S的反應，檢（jiǎn）驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。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（chāo）過45min，脫S率降低，出（chū）現“回S”現象。為了使（shǐ）鋼包（bāo）獲得有效的脫S效果，使用白（bái）雲石質鋼包內襯是很必要的，這（zhè）樣一方麵可以盡可能降（jiàng）低鋼包內襯（chèn）的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下（xià）鋼包渣（zhā）導致耐火材料（liào）的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注（zhù）料（liào）對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆（jiāo）注料（liào）中w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一（yī）步提高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的影響：實驗表（biǎo）明，使用含C耐火材料，鋼（gāng）水顯著增C，當同一製品第二（èr）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：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（xiǎn）著影響。連鑄過（guò）程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保（bǎo）護主流（liú）時，有機粘結劑導致吸H。對（duì）鋼包、中間（jiān）包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量（liàng）。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳統耐火（huǒ）材料N含（hán）量很低，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量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄（zhù）的（de）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（shuǐ）中夾（jiá）雜物（wù）的影響：田（tián）琳等人（rén）研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗（yàn）表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火（huǒ）材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的（de）堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火（huǒ）材（cái）料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複（fù）合化合物（wù），熔點約為1400℃左右，可有效地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物（wù）被吸附鎂（měi）鈣（gài）質耐火（huǒ）材料表麵，形（xíng）成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上（shàng）剝落下來上浮至保（bǎo）護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水（shuǐ）中夾雜物的（de）能力越強。

鎂鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態（tài）坩堝法研究3種不（bú）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（yún）石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲（shèn）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）磚具有更好的抗高堿（jiǎn）度渣（zhā）侵蝕性。堿度（dù）較低（dī）的VOD爐渣對三種磚（zhuān）的侵蝕和滲透比高堿度（dù）渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕性（xìng）明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕能（néng）力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣（zhā）的侵（qīn）蝕和滲透能力，這是因為（wéi）渣與（yǔ）鎂（měi）鈣材料作用（yòng）析（xī）出C3S，使材料（liào）表層（céng）致（zhì）密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，主要是熔渣對基質的強溶蝕並（bìng）滲透作用。

梧州（zhōu）鎂（měi）磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除（chú）具備鎂鈣磚（zhuān）的特（tè）性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比（bǐ）鎂碳磚具（jù）有更好的（de）真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼（gāng）水的效果也越好；C含（hán）量越高，抗渣侵蝕和抗剝落（luò）性能越（yuè）強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究（jiū）：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初（chū）期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂（měi）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（bǐ）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（jiào）輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的（de）蝕（shí）損率反而分別比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（qīn）蝕嚴重。

孫惠章等人研究結（jié）果表明鎂白（bái）雲石碳磚高溫抗氧（yǎng）化性（xìng）和熱震穩定性好（hǎo），抗酸性熔渣能（néng）力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的（de）脫（tuō）O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐（lú）爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指（zhǐ）鋼中有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少（shǎo），非金（jīn）屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得（dé）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（shuǐ）從冶煉到精煉的整個過程中（zhōng），耐火材料始終（zhōng）與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些（xiē）汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環（huán）境。