徐平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝的角度研究提高（gāo）鋼的純淨度，沒有（yǒu）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（cái）料或多或少地會（huì）對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水（shuǐ），反而能淨化鋼水，並且也（yě）不汙（wū）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（yún）石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後（hòu）的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質（zhì）耐火材料主要包括（kuò）白（bái）雲石質耐火材料、鎂白（bái）雲（yún）石（shí）質耐火材料、鎂鈣質耐火材（cái）料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用（yòng）煆燒或電熔的白雲石做原料（liào）的定型或不定形耐（nài）火材料；鎂（měi）白雲石和鎂鈣質耐火材（cái）料是（shì）用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質（zhì）製品的高（gāo）溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力（lì）越強；CaO含（hán）量越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能（néng）和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越（yuè）差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設（shè）備的不同部位（wèi）使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中（zhōng）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（tè）殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉（liàn）除去鋼（gāng）中雜質及夾雜物（wù）以（yǐ）及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料中的遊離CaO，易與鋼水中（zhōng）的S、P等雜質反應，使其轉移到（dào）爐渣中，具有除去雜（zá）質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂鈣質（zhì）耐火材料也（yě）適合（hé）用於冶煉低氧（yǎng）鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為（wéi）了淨（jìng）化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗（hào），研究（jiū）人員對白雲石質耐火材（cái）料進行了許多試驗研究，取得了很好的（de）結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮（huī）發（fā）性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對（duì）揮（huī）發性大大降低。因此，MgO質材（cái）料中加入一（yī）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（huǒ）材料更（gèng）合適。

鋼水中的脫S反應中，要（yào）使鋼水S含量低，熔（róng）渣（zhā）必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的（de）O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的（de）耐火（huǒ）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（yǎng）勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利（lì）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（cǐ），用CaO含量高的鎂鈣質耐火（huǒ）材料同樣也有利（lì）脫P。

鎂（měi）鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化（huà）合物C2S或C3S,形成保（bǎo）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）要來自熔渣或精煉設（shè）備內襯耐（nài）火材料的水分及有機添加物。熱力（lì）學分析認為（wéi）：要在1200℃下長期烘（hōng）烤，充分排除其中的水分，就（jiù）不（bú）存在鋼水中氫（H）含量增高問（wèn）題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含（hán）量的影（yǐng）響：王龍（lóng）光等人認為MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力學穩定性高，具有很低（dī）的氧（yǎng）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（yǒu）效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試（shì）驗（yàn）研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗（yàn）鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料的脫S效（xiào）果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更（gèng）好，脫S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石（shí）質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低（dī）鋼包內（nèi）襯（chèn）的再氧化（huà）能力，另一方（fāng）麵可以避免強（qiáng）還原條（tiáo）件下鋼包渣導致耐火材料的過度消（xiāo）耗。

耐火材料對鋼中P含（hán）量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對（duì）鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當（dāng）澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅（fú）度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進（jìn）一步提高CaO含量，鋼中P含（hán）量僅有小幅度降低。

耐（nài）火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生（shēng）輕（qīng）微增C。

耐火材料（liào）對鋼中（zhōng）H(氫)含量的影響：耐火材料中的（de）水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間（jiān）包係（xì）統中使用保護套管保護主流時，有（yǒu）機粘結劑導致（zhì）吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地（dì）降低鋼水的吸（xī）H量。

耐火材料（liào）對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含（hán）量很低，近年來氮化物（wù）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（kǒu）保（bǎo）護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研（yán）究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去（qù）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（děng）夾雜物可與鎂鈣耐（nài）火材料中的CaO反應（yīng），如（rú）CaO與Al2O3反應生成（chéng）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（yīng）生成C2S(矽酸二鈣)和（hé）C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護（hù）層，或者（zhě）從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的活性CaO含量越（yuè）高，吸附鋼水（shuǐ）中夾雜物（wù）的能力越強。

鎂鈣質耐火材（cái）料的（de）抗侵蝕性能：梁義兵（bīng）等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣磚（zhuān）的（de）抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的（de）白雲石磚抗高堿度的（de）AOD渣侵蝕和滲透能力（lì）比較強。燒成白雲石磚基質部分致（zhì）密程（chéng）度高，較不燒（shāo）白雲石磚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渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿（jiǎn）度（dù）渣侵蝕（shí）性（xìng）明顯好於（yú）不燒鎂（měi）鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵（qīn）蝕能力好於CaO含量低（dī）的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有（yǒu）良好的抵抗高堿度（dù）熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料（liào）作（zuò）用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基（jī）質的強溶蝕（shí）並滲透作用。

保亭（tíng）鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵（qīn）蝕的研（yán）究

鎂鈣（gài）碳磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳磚具有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣（gài）碳磚（zhuān）的性（xìng）能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落（luò）性能越好，淨化鋼（gāng）水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越（yuè）強。

鎂鈣碳磚的（de）抗侵蝕研究：崔淑賢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（jí）鎂碳磚的侵（qīn）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磚產生結構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕，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磚的蝕損率反而分別比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（yǐ）比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章（zhāng）等人研究結果表（biǎo）明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化（huà）性和熱震穩定性好，抗（kàng）酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫（tuō）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影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量（liàng）非常少（shǎo），非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準（zhǔn）並且分布均勻，使鋼材具有高（gāo）性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸（chù），一般耐（nài）火（huǒ）材料對鋼（gāng）水或多或少總有些汙染，唯（wéi）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，而且不汙染環境。