徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提（tí）高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材料對鋼水的淨化作（zuò）用，總是認為耐火材料或多（duō）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（yán）究和實際試驗，得出（chū）鎂鈣（gài）質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐（lú）外精煉裝（zhuāng）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（shí）（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料（liào），煆燒後（hòu）的理論（lùn）組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材（cái）料主要（yào）包（bāo）括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質（zhì）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（bú）定形耐火材料；鎂白雲石（shí）和鎂鈣質耐火（huǒ）材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含量的變化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熔渣的能力越強，高溫蠕變越（yuè）大，抗剝落性（xìng）能和（hé）脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性（xìng）能越差。因此，應該根據爐外（wài）精煉等熱工設備的不（bú）同部位使用條件，合理選（xuǎn）擇鎂鈣質耐火材（cái）料中的（de）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（hán）量要求嚴格，需要爐外精煉（liàn）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（gāng）水中的S、P等雜質（zhì）反應，使其轉移到爐渣（zhā）中，具有除去雜質、淨化鋼水的功（gōng）能。由於（yú）CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了（le）淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料（liào）消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行（háng）了許多試驗研究（jiū），取得了很好的結（jié）果。

MgO在真空（kōng）條件（jiàn）下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是（shì）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（cǐ），MgO質材料中加入一定（dìng）量的CaO製成（chéng）MgO—CaO質耐火材（cái）料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中（zhōng）的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解（jiě）的O含量盡可（kě）能要（yào）低（dī）。要（yào）使O含量低，就要選擇（zé）氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下以氣態（tài）存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備（bèi）應該（gāi）選用鎂鈣質耐火材料（liào）。溫度升高不利（lì）於（yú）脫P，但鋼包中采用CaO含量高（gāo）即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用（yòng）CaO含量高的（de）鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫（tuō）P。

鎂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MgO-CaO耐火（huǒ）材（cái）料中的CaO反應生成（chéng）高熔點化合物（wù）C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題（tí），采用真空精煉，其H主要來自熔渣（zhā）或精煉設備內襯耐火材料的水（shuǐ）分（fèn）及有機添加物。熱力學分析認為（wéi）：要（yào）在1200℃下（xià）長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水（shuǐ）中氫（H）含（hán）量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影（yǐng）響（xiǎng）

耐火材料對（duì）鋼（gāng）中氧含量的影響：王龍（lóng）光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度（dù）很小，被認為是防止鋼水增氧的（de）有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚（zhuān）與鋼水中S的反（fǎn）應，檢驗鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料的脫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”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果（guǒ），使（shǐ）用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能（néng）降低鋼（gāng）包內襯的（de）再氧化（huà）能力，另一方麵可以避免強還原（yuán）條件下鋼包渣導致耐火材料的（de）過度消耗（hào）。

耐火材料對鋼中P含量的影（yǐng）響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明（míng）：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅（fú）度降（jiàng）低，由原（yuán）始的0.1%降低到0.01%，進一步提（tí）高CaO含量，鋼中P含（hán）量僅有小幅度降低。

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

耐火材料（liào）對鋼（gāng）中H(氫)含量的影響：耐（nài）火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼（gāng）包和中間包係統中使用保護套管保護主流（liú）時，有機粘結劑導致（zhì）吸H。對鋼包、中間包烘（hōng）烤，能有效地降低（dī）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含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注（zhù），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（fēi）常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）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（liào）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（wù）可與鎂鈣耐火（huǒ）材料中的CaO反應，如CaO與（yǔ）Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔（róng）點約為1400℃左（zuǒ）右，可（kě）有（yǒu）效地去（qù）除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化（huà）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（biǎo）麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐（nài）火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼（gāng）水中夾雜物的能力（lì）越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料的抗侵（qīn）蝕性能：梁（liáng）義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性（xìng）。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的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抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣（zhā）對三種磚的侵蝕和滲透比（bǐ）高堿度渣嚴重（chóng）得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能（néng）力好於CaO含（hán）量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具有良好的抵抗高堿度熔渣（zhā）的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析（xī）出C3S，使材（cái）料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣（zhā）具有較強的（de）侵蝕（shí）和滲透（tòu）能力，主要是熔渣對基質（zhì）的（de）強溶蝕並滲透作用。

伊春鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的性能及抗侵（qīn）蝕的研（yán）究

鎂鈣碳磚（zhuān）主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較燒成（chéng）鎂鈣磚種類（lèi）複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳磚（zhuān）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於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好（hǎo），淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗（kàng）剝落（luò）性（xìng）能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研（yán）究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的（de）初期渣、中期渣和（hé）終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率比（bǐ）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（chóng）；MgO—CaO—C磚的（de）侵（qīn）蝕較輕，是因為（wéi）在磚的界麵上產生了C2S保護（hù）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，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人（rén）研究結果表（biǎo）明（míng）鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性（xìng）熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼（gāng）水的脫O、脫S、脫P等，適合冶（yě）煉鋼的電爐爐襯（chèn）。

白雲石質（zhì）耐火材料對潔（jié）淨鋼的影響

潔淨鋼係（xì）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（liàng）少，而且尺（chǐ）寸很小和形態得到（dào）控製，合金元素成分精準並且分布（bù）均勻，使鋼材具有高（gāo）性（xìng）能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐（nài）火（huǒ）材料（liào）始終與鋼水接觸，一般耐火材料對（duì）鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料能淨化（huà）鋼（gāng）水，除去鋼中的非金屬夾雜物（wù），而且（qiě）不汙染環（huán）境。