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（yǔ）鋼水（shuǐ）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會對鋼水產生汙染。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，得出鎂鈣質材料不但不（bú）汙染鋼（gāng）水，反而能淨化鋼水，並（bìng）且也不汙染環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外（wài）精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料的（de）特征

白（bái）雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物（wù）原料（liào），煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火材（cái）料主要包括白（bái）雲石質耐火材料、鎂白（bái）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用（yòng）煆（duàn）燒或電熔的白（bái）雲石做原料的定型或不（bú）定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石（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熔渣的能力越（yuè）強，高溫蠕變越（yuè）大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗（kàng）水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條（tiáo）件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼水作用的影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼（gāng）中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格（gé），需要（yào）爐外精煉（liàn）除去鋼中雜質及夾雜（zá）物（wù）以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣（gài）質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使（shǐ）其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨（jìng）化鋼水的功（gōng）能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也（yě）適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉（liàn）潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設（shè）備的耐火材（cái）料。近（jìn）年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽（shòu）命、降低耐火材料消耗（hào），研究人員對白（bái）雲石質耐火（huǒ）材（cái）料進行了許多試驗研究，取得了（le）很好（hǎo）的結果。

MgO在真空條件下（xià）容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響（xiǎng）的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降（jiàng）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（zài）高溫真空條件下使用比純MgO質耐火（huǒ）材料更（gèng）合適。

鋼水中的（de）脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須（xū）是（shì）CaO含量高的（de）高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要（yào）使O含量低，就（jiù）要（yào）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（zài），在（zài）鋼（gāng）水中的（de）溶（róng）解度很小，而CaO的氧勢也很（hěn）小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質（zhì）耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度（dù）高（gāo）的熔渣（zhā）有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

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

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（jī）添（tiān）加物。熱力（lì）學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除（chú）其中的水分，就不存（cún）在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧（yǎng）含量的影響（xiǎng）：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中（zhōng）的CaO熱（rè）力學穩定性高（gāo），具有很低的氧平衡（héng）分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼（gāng）水增氧的有效（xiào）材料。

耐火（huǒ）材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研（yán）究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢（jiǎn）驗鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，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“回S”現（xiàn）象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫S效果（guǒ），使（shǐ）用白（bái）雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣（yàng）一方麵可以盡可能降低鋼包內襯（chèn）的再氧化能力（lì），另一方麵可（kě）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含量的影響：匡加（jiā）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：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降（jiàng）低（dī），由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅有小幅度降（jiàng）低。

耐火材料（liào）對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使（shǐ）用含C耐火材料，鋼水顯（xiǎn）著增C，當同一製品（pǐn）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（de）影響（xiǎng）：耐（nài）火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水（shuǐ）中（zhōng）的H含量產生顯著影響。連（lián）鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護（hù）套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對（duì）鋼包、中間包烘烤，能有效（xiào）地降低鋼水的（de）吸H量。

耐（nài）火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年（nián）來氮化物在耐火材料中應用受（shòu）到關注，如Sialon分解對鋼（gāng）水造成增N。更大的增N量（liàng）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（chù）增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料（liào）對鋼水中（zhōng）夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材料對管線鋼（gāng）鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反（fǎn）應30min的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣質（zhì）耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的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材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應（yīng）生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點化合物被吸附鎂（měi）鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或（huò）者從鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材（cái）料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材（cái）料的抗侵蝕性能：梁義兵等（děng）人采用靜（jìng）態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果（guǒ）得出，CaO含量高的（de）白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲（shèn）透能力（lì）比較強。燒成（chéng）白雲石磚（zhuān）基質部分致密（mì）程度高，較（jiào）不燒白雲石磚具有更好的抗（kàng）高堿度渣侵蝕性（xìng）。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣（zhā）嚴重得多。相對而言，燒成（chéng）的鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕性（xìng）明（míng）顯（xiǎn）好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的燒成鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低（dī）的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵（qīn）蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑（yì）製（zhì）熔渣（zhā）的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲（shèn）透能力，主（zhǔ）要是熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透作（zuò）用。

寶（bǎo）山鎂磚之（zhī）鎂（měi）鈣碳（tàn）磚的（de）性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣磚種類（lèi）複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決（jué）於CaO及（jí）C的含量。CaO含量越高，抗剝（bāo）落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣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（rén）采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣（zhā）、中期渣和終（zhōng）期渣分別對（duì）鎂鈣碳磚及鎂碳（tàn）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（shì）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，是因為在磚的界麵上產生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕損率反（fǎn）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磚侵蝕嚴重。

孫惠章（zhāng）等人研究結果表明鎂白雲石（shí）碳磚高溫抗氧化（huà）性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能（néng）力強（qiáng）；而且磚中的CaO有利於鋼水的（de）脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的（de）影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小（xiǎo）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（zài）鋼水從冶煉到精煉（liàn）的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材（cái）料對鋼水或多或少總有些汙染（rǎn），唯（wéi）有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除（chú）去鋼中的非（fēi）金屬夾雜物，而且不汙染環境。