徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨（jìng）度，沒有考（kǎo）慮與（yǔ）鋼水直接接觸的耐火材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（鎂鈣質（zhì））耐火材（cái）料的理（lǐ）論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不（bú）汙染鋼水（shuǐ），反而能淨化（huà）鋼水，並且也不汙染環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日（rì）益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火（huǒ）材料的特（tè）征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆（duàn）燒後（hòu）的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括（kuò）白雲（yún）石質（zhì）耐火材料、鎂白雲石質耐（nài）火材料、鎂（měi）鈣質耐（nài）火材（cái）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定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響（xiǎng）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（yuè）強；CaO含量越高，抗（kàng）高（gāo）SiO2熔渣的能力越強（qiáng），高溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）能和脫硫、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（bú）同部位使用條件，合（hé）理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材（cái）料對淨化鋼水作用（yòng）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（wù）的含量要求嚴（yán）格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾（jiá）雜物以及脫氣、調整化學成分和均（jun1）勻化等。鎂（měi）鈣質耐火材料中（zhōng）的遊離CaO，易與鋼（gāng）水中的S、P等雜（zá）質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於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（jìng）鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低耐火（huǒ）材料消耗，研究人員對白（bái）雲石（shí）質耐火材（cái）料進行了許多（duō）試驗研究（jiū），取得（dé）了很好的結果。

MgO在真空（kōng）條件下容易揮發，而（ér）CaO對MgO的（de）揮發性是有影（yǐng）響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就（jiù）可使MgO相對揮發性大大降低（dī）。因（yīn）此，MgO質材料（liào）中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高溫（wēn）真（zhēn）空條件下使（shǐ）用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中（zhōng）的脫S反應中，要使（shǐ）鋼水S含（hán）量低，熔渣必（bì）須是CaO含（hán）量高（gāo）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耐火材（cái）料，Mg與Ca在高溫下以氣態（tài）存在，在鋼水中的溶解度很小，而（ér）CaO的氧勢也很（hěn）小，因此（cǐ），精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升（shēng）高不利於脫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含量高的鎂（měi）鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的熱震穩定性（xìng）高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料（liào）中（zhōng）的CaO反應生成高熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護（hù）層，從而抑製熔渣的滲透。

關（guān）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（jí）有機添加物。熱力學分析認（rèn）為：要在1200℃下長期烘烤（kǎo），充分排除其中的水分（fèn），就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材（cái）料對鋼水性（xìng）能的影（yǐng）響

耐火（huǒ）材料對鋼中（zhōng）氧含量的影響：王（wáng）龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材料中（zhōng）的CaO熱力學穩（wěn）定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對（duì）鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下（xià），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（bāo）獲得有效的脫S效果，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降低鋼包內襯的（de）再氧化能力，另一方麵可以避免（miǎn）強（qiáng）還原條件下鋼包渣導致耐火材（cái）料的過度（dù）消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才（cái）研究（jiū）MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結（jié）果表明：當（dāng）澆注料中w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含（hán）量大幅度降低（dī），由原始的0.1%降低（dī）到（dào）0.01%，進一步提高CaO含量（liàng），鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對（duì）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，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料（liào）中的水分以及其中的有機粘結劑會對（duì）鋼水中的H含量（liàng）產（chǎn）生顯著影響。連鑄過（guò）程中，鋼包和（hé）中間包係統中使用（yòng）保護（hù）套管保護主（zhǔ）流（liú）時，有機粘（zhān）結劑導（dǎo）致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水（shuǐ）的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含（hán）量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化（huà）物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分（fèn）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（hù）套管非常重要，連鑄的增（zēng）N點就是長水口保護，此處增N可（kě）達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材料對管線（xiàn）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（zhì）耐（nài）火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材（cái）料均使（shǐ）鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與鎂鈣耐（nài）火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左（zuǒ）右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高（gāo）熔點（diǎn）化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從（cóng）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的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚（zhuān）的（de）抗渣性。試驗結果得出，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（bù）分致密（mì）程度高，較不燒白雲石磚具有（yǒu）更好的抗高堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的（de）侵蝕（shí）和滲透比高堿度渣嚴（yán）重得多。相對而言（yán），燒成的鎂（měi）鈣磚抵抗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（jiǎn）度渣（zhā）侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材料具有（yǒu）良好的抵抗（kàng）高（gāo）堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣（gài）材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的（de）滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲（shèn）透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕（shí）並滲透作用。

涪陵鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵（qīn）蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種（zhǒng）類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂碳磚具有更好的真空穩定（dìng）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（shuǐ）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（shū）賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣（zhā）、中期渣（zhā）和終期渣分別對（duì）鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實（shí）驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因（yīn）為MgO—C磚產生結構（gòu）剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是（shì）因為在磚（zhuān）的界麵上產生了C2S保護層；可是中（zhōng）期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）中及被渣中∑FeO溶解，所（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕（shí）嚴重（chóng）。

孫惠章等人研究結（jié）果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，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P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲（yún）石質耐火材料對潔淨鋼的影響（xiǎng）

潔淨鋼係指鋼（gāng）中有（yǒu）害（hài）成（chéng）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（hěn）小和形態得到控製，合金元素成分（fèn）精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質（zhì）。在鋼水從冶（yě）煉到精煉的整（zhěng）個過程中，耐火材料始終與鋼水接（jiē）觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總（zǒng）有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾（jiá）雜物，而且不汙染環境。