徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水（shuǐ）直（zhí）接接觸的耐火材（cái）料對鋼水的淨化作用，總是認為（wéi）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（zhì）（鎂鈣質）耐火材料（liào）的理論研究和實際試（shì）驗（yàn），得出鎂（měi）鈣質材料（liào）不但不汙染（rǎn）鋼（gāng）水（shuǐ），反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等（děng）爐外精煉裝置中應用（yòng）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（yuán）料，煆燒後的（de）理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質（zhì）耐火材料、鎂白雲石質耐（nài）火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質（zhì）耐火材（cái）料是指全部用煆燒（shāo）或電熔（róng）的白雲（yún）石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂（měi）鈣質耐火材料是用鎂石與白（bái）雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗水化能（néng）力越（yuè）強；CaO含量越高，抗高SiO2熔（róng）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備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）火材料對淨（jìng）化鋼水作用的影響（xiǎng）

潔淨鋼、特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（yào）求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜（zá）質及夾雜（zá）物以及脫氣、調整化學成分和（hé）均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中（zhōng），具有除去雜質、淨化（huà）鋼水（shuǐ）的功能。由（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低（dī）氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備（bèi）的耐（nài）火材料。近（jìn）年來，為（wéi）了淨化鋼水、延長爐襯壽命（mìng）、降低耐火（huǒ）材料消耗，研（yán）究人員對白雲石質耐（nài）火材料進行了許（xǔ）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MgO相對（duì）揮發性大（dà）大降低。因此，MgO質材料中加（jiā）入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料（liào），在高溫真空條件下使用比純MgO質（zhì）耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要（yào）使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼（gāng）水中溶解的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（tài）存在，在鋼水中的溶解度很（hěn）小（xiǎo），而CaO的（de）氧勢也很小，因此，精煉設備應該選（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含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量（liàng）高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性（xìng）高、抗（kàng）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（shēng）成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關（guān）於H含量（liàng）的問題，采用真空精（jīng）煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內（nèi）襯耐火（huǒ）材料的水分及有機添加物。熱力學分（fèn）析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的（de）水分，就（jiù）不存在鋼水（shuǐ）中（zhōng）氫（H）含量增高問題。

鎂（měi）鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火（huǒ）材料對鋼中（zhōng）氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧（yǎng）平衡分壓，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。

耐火材（cái）料對鋼中S的影響：田（tián）琳等人（rén）試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料（liào）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%；超過（guò）45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼（gāng）包獲得有效的脫S效果（guǒ），使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼（gāng）包內襯的再氧化能力，另（lìng）一方麵可（kě）以避免（miǎn）強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗（hào）。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度（dù）降低，由原始的0.1%降低到（dào）0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低（dī）。

耐火（huǒ）材（cái）料對鋼水碳含（hán）量的影響：實驗表（biǎo）明，使用含C耐火材料，鋼水顯著（zhe）增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微（wēi）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（yǐ）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，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中（zhōng）間（jiān）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：傳統耐火（huǒ）材料N含（hán）量很（hěn）低，近年來氮化（huà）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（tào）管非常重要，連鑄的（de）增N點就是長水口保（bǎo）護（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了（le）鎂（měi）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（míng）：在反應30min的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐火材料能去除（chú）鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐（nài）火材料（liào）均使鋼水（shuǐ）夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材（cái）料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合物，熔點（diǎn）約為1400℃左右，可有效地去除鋼（gāng）中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成（chéng）C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐（nài）火材料表麵，形（xíng）成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護（hù）渣層中；在鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）的抗侵蝕性能：梁義兵（bīng）等（děng）人采用靜態坩堝（guō）法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性。試驗結（jié）果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高（gāo）堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的（de）抗高堿度渣侵蝕性（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，燒成的鎂（měi）鈣（gài）磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕性（xìng）明（míng）顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力（lì）好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良（liáng）好（hǎo）的抵（dǐ）抗高堿度（dù）熔渣的（de）侵蝕和滲透（tòu）能力，這是（shì）因為渣與鎂鈣材（cái）料作用（yòng）析出C3S，使（shǐ）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（jiào）強的侵蝕和滲透能力（lì），主要是熔（róng）渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

包頭鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚的性能（néng）及抗侵（qīn）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（jù）備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣（gài）碳磚比鎂（měi）碳磚（zhuān）具有更好的真（zhēn）空穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能（néng）同時取決於CaO及C的含（hán）量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵（qīn）蝕和（hé）抗剝落（luò）性能越強（qiáng）。

鎂鈣碳（tàn）磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分（fèn）別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實（shí）驗。實驗（yàn）結果表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕（shí）損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕，是因為在磚的界（jiè）麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕（shí）損率（lǜ）反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為（wéi）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（rén）研究（jiū）結果表明鎂白雲石碳磚（zhuān）高溫抗氧化性（xìng）和熱震穩定性好（hǎo），抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等（děng），適合冶煉鋼（gāng）的電爐（lú）爐襯。

白雲石質（zhì）耐（nài）火材料（liào）對潔淨鋼的（de）影（yǐng）響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金（jīn）屬夾雜物不僅數量少（shǎo），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，使鋼材具有高性能、高品質（zhì）。在鋼水從（cóng）冶煉（liàn）到精煉的整個過程中，耐（nài）火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼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（shǔ）夾雜（zá）物，而且不汙染環境。