徐平坤

以前（qián），從煉鋼（gāng）工藝的角度研究（jiū）提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化（huà）作用（yòng），總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通（tōng）過對白雲（yún）石質（鎂鈣質）耐火材料的理論（lùn）研究和實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材（cái）料不但（dàn）不汙染鋼水，反（fǎn）而能（néng）淨化（huà）鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐（nài）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（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火（huǒ）材料主要包括白（bái）雲石質耐火（huǒ）材料（liào）、鎂（měi）白雲石質耐火材（cái）料、鎂鈣質耐火材料。

其（qí）中，白雲石（shí）質耐火材料是（shì）指全部用煆燒或電熔的白雲石（shí）做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和（hé）鎂鈣質耐火材料是用（yòng）鎂（měi）石與白雲石合成（chéng）的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響（xiǎng）鎂鈣質製品（pǐn）的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能（néng）力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效（xiào）果越好，但抗水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等（děng）熱工設備的不同部位使用條（tiáo）件（jiàn），合（hé）理選擇（zé）鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）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（zá）物的含量要求嚴格（gé），需要爐外（wài）精（jīng）煉（liàn）除去鋼（gāng）中雜質及夾雜物以及脫氣、調（diào）整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等（děng）雜（zá）質反應，使其轉移（yí）到爐（lú）渣中，具（jù）有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼（gāng）、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年（nián）來，為了淨化鋼水、延長爐襯（chèn）壽命、降低（dī）耐火材料消耗（hào），研究人員對白雲石質耐火材料進行了許（xǔ）多試驗研究，取得（dé）了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮（huī）發性是有影響（xiǎng）的（de），含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮（huī）發性大大降低。因此（cǐ），MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在高溫真空條件下使用比純（chún）MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含（hán）量（liàng）高的高堿度渣，並且（qiě）鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要（yào）使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低（dī）的耐火材料，Mg與Ca在高溫下（xià）以氣態存在，在鋼水中的（de）溶解度很小，而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（dù）升高不利於脫P，但鋼包中采用（yòng）CaO含量高即堿度高的熔渣有（yǒu）利脫（tuō）P，因此，用CaO含（hán）量高的（de）鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）的熱震穩（wěn）定性高、抗渣滲透性好，特（tè）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（céng），從而抑製熔渣（zhā）的滲（shèn）透。

關於H含（hán）量的問題，采用真（zhēn）空（kōng）精煉，其H主（zhǔ）要（yào）來自（zì）熔渣或精煉設（shè）備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期（qī）烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水（shuǐ）中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

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

耐火材（cái）料對鋼中S的影（yǐng）響：田琳等人試驗研究鎂（měi）鈣磚與鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料（liào）的（de）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（tuō）S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使（shǐ）用白雲石質（zhì）鋼包（bāo）內襯是（shì）很必要的，這樣一（yī）方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能（néng）力（lì），另一方麵可以（yǐ）避（bì）免（miǎn）強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度（dù）消耗。

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

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實（shí）驗表明，使（shǐ）用（yòng）含C耐火材料，鋼水顯（xiǎn）著增C，當同一製品第（dì）二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐（nài）火材料對鋼中H(氫)含量（liàng）的影響：耐（nài）火材料中的水分以及其中的有機粘結劑（jì）會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連（lián）鑄過程（chéng）中，鋼包和（hé）中間包係統中使用保護套管保護（hù）主流時，有機粘結劑（jì）導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材（cái）料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統（tǒng）耐火材（cái）料N含量（liàng）很（hěn）低，近年（nián）來氮（dàn）化物在耐（nài）火材料中應用受（shòu）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（zhōng）間包之間，保護套管非常（cháng）重（chóng）要，連鑄的增N點就是（shì）長水口保護，此（cǐ）處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼（gāng）水中夾（jiá）雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材料對管線鋼（gāng）鋼水潔淨化的影響，實驗表（biǎo）明（míng）：在反應30min的情況（kuàng）下，隻有鎂鈣質耐火材（cái）料能去（qù）除鋼（gāng）水中的夾雜物，其（qí）餘的堿性耐火材（cái）料均使鋼水夾（jiá）雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應（yīng）生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，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)高熔（róng）點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層（céng），或者從鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料表麵上剝落下來上浮（fú）至保護渣層中；在鎂（měi）鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸（xī）附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性（xìng）能：梁義兵等人采用靜（jìng）態坩堝法研（yán）究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得出，CaO含量高的白雲（yún）石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較（jiào）不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的（de）VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對（duì）而（ér）言，燒（shāo）成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）性明顯好於（yú）不燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高（gāo）的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好（hǎo）的抵抗高（gāo）堿度熔渣的侵蝕和（hé）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（xiào）抑製熔渣的滲透。低堿（jiǎn）度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

福（fú）州鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

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（zhuān）的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳（tàn）磚具有更好的真空穩定性（xìng）、抗熱震（zhèn）性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於（yú）CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗（kàng）剝落性能越好，淨化鋼水的效果也（yě）越好；C含量（liàng）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（cuī）淑（shū）賢等人采用（yòng）煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終（zhōng）期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進（jìn）行實驗。實（shí）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（wéi）MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護（hù）層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的（de）蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在（zài）高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定（dìng）性好（hǎo），抗酸性熔（róng）渣能（néng）力強；而且磚中的（de）CaO有利於鋼水的脫O、脫（tuō）S、脫P等（děng），適合冶（yě）煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材（cái）料對潔（jié）淨鋼的影響

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，而且尺寸很小和形態得到（dào）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。在鋼水從（cóng）冶煉到（dào）精煉的整個過程中，耐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，唯有白雲石質即（jí）鎂鈣質（zhì）耐火材料能（néng）淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境（jìng）。