徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度（dù），沒有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（rèn）為耐火材料或多或少（shǎo）地會對鋼水產生汙染。可是通過對（duì）白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研（yán）究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼（gāng）水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包（bāo）等爐外精煉裝（zhuāng）置中應用（yòng）日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料（liào）的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆（duàn）燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為（wéi）1.93。鎂鈣質耐火材（cái）料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白（bái）雲石質耐火材料是指全部用煆（duàn）燒或電熔的白雲石做（zuò）原料的（de）定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂（měi）鈣質耐火材料是（shì）用鎂石與白雲石合成的耐（nài）火材料（liào）。MgO、CaO含量的（de）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（néng）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（jiàn），合理選擇鎂（měi）鈣質耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水（shuǐ）作用的（de）影響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼等對鋼中（zhōng）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，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫（tuō）氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣（gài）質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜質反應，使其轉移到爐（lú）渣中（zhōng），具有除去雜質、淨化鋼水的功能（néng）。由於CaO的氧勢很（hěn）低，鎂鈣質（zhì）耐火材料也適（shì）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（de）耐火材料（liào）。近年來，為了淨化鋼水、延長（zhǎng）爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真（zhēn）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（kě）使MgO相對揮發性（xìng）大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料（liào），在高溫真空條（tiáo）件下（xià）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（dù）渣，並（bìng）且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要（yào）選擇（zé）氧（yǎng）勢盡可能低的（de）耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存（cún）在，在鋼水中的溶解度（dù）很小，而CaO的氧勢也很小，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材料同（tóng）樣也有利脫P。

鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好（hǎo），特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材（cái）料中的CaO反應生成高熔點化合物（wù）C2S或C3S,形成保護層，從而抑製（zhì）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（huò）精煉設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℃下長期烘（hōng）烤，充分排（pái）除其中的（de）水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂（měi）鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼（gāng）中（zhōng）氧含（hán）量的影響：王龍光等人認（rèn）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，被認為是防止鋼（gāng）水增氧（yǎng）的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中（zhōng）S的反（fǎn）應，檢驗鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使（shǐ）鋼包獲得有效的脫S效（xiào）果，使用白雲石質鋼包內襯是很必（bì）要的，這（zhè）樣一方麵可以盡可能降（jiàng）低鋼包（bāo）內襯的再（zài）氧化（huà）能力，另一方麵可（kě）以避免強還原條（tiáo）件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

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

耐火（huǒ）材料對鋼水（shuǐ）碳含（hán）量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯（xiǎn）著增C，當同一製品（pǐn）第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火（huǒ）材料對鋼中（zhōng）H(氫)含量的影響：耐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（guò）程中，鋼（gāng）包和中間（jiān）包係（xì）統中使用保護套管（guǎn）保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降（jiàng）低鋼（gāng）水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年（nián）來氮化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（liàng）在鋼包與（yǔ）中間（jiān）包之間，保護套（tào）管非常重（chóng）要，連鑄的增N點就是長（zhǎng）水口保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物（wù）的影響：田琳等人（rén）研究了鎂鈣、鎂（měi）鋁、鎂鉻（gè）耐火材料對管線鋼鋼水潔（jié）淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾（jiá）雜物，其（qí）餘（yú）的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物（wù）可與鎂鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如（rú）CaO與（yǔ）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（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐（nài）火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣（zhā）層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高（gāo），吸（xī）附（fù）鋼水中夾（jiá）雜物（wù）的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗（kàng）侵（qīn）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的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高（gāo）的白雲石磚抗高堿度（dù）的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚（zhuān）基質部分（fèn）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（de）VOD爐（lú）渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴重得多。相對（duì）而言，燒成的鎂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度（dù）渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂（měi）鈣磚。鎂鈣（gài）質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，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抑製熔渣的滲透。低堿度熔（róng）渣具有較強的侵（qīn）蝕和滲透（tòu）能力，主要是熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透作用（yòng）。

黑龍江鎂（měi）磚之鎂鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕的研（yán）究

鎂鈣碳磚主要（yào）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（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳（tàn）磚具有更好的真空穩（wěn）定（dìng）性、抗熱震（zhèn）性。鎂鈣碳磚的性能同時（shí）取決於CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落（luò）性能（néng）越好，淨（jìng）化鋼水的效果也越好；C含（hán）量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等（děng）人采用煉鋼轉爐（lú）的初期渣、中（zhōng）期渣和（hé）終期渣分別對鎂（měi）鈣碳磚及鎂碳（tàn）磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚產生結構（gòu）剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和（hé）終期渣（zhā），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（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕（shí）嚴重。

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

白雲石質（zhì）耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬夾雜物不僅數量少，而且尺（chǐ）寸很（hěn）小和形態得到（dào）控製，合金元素成分精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材具有高性能（néng）、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個（gè）過（guò）程中，耐火材（cái）料始（shǐ）終與鋼水接觸（chù），一般（bān）耐火材料對（duì）鋼水或多或（huò）少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能（néng）淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且（qiě）不汙染環境。