徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考（kǎo）慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用（yòng），總是認為耐火（huǒ）材料或多或少地會對鋼（gāng）水產生汙染。可是通過對（duì）白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料的理論研究和實際試驗，得出鎂（měi）鈣質材料不（bú）但不汙染鋼（gāng）水，反而（ér）能淨化鋼水（shuǐ），並且也不（bú）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。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

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

其中（zhōng），白雲石質耐火材料是指全部（bù）用煆燒或電熔的白（bái）雲石做原料的（de）定型或不定形耐火材料；鎂白（bái）雲石和鎂鈣質耐火（huǒ）材料是用鎂石與（yǔ）白雲石合成的耐火材料。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（zhā）和抗（kàng）水化能（néng）力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大（dà），抗剝落性能（néng）和脫硫、脫磷的效（xiào）果越好，但（dàn）抗水化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差。因此，應該（gāi）根據爐外精煉（liàn）等熱工設備的不同部位使用條件，合理（lǐ）選（xuǎn）擇鎂鈣質（zhì）耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料（liào）對淨化鋼（gāng）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（zá）物的含量要求嚴格，需（xū）要爐外精煉除去鋼中雜質及夾（jiá）雜物（wù）以及脫（tuō）氣、調整（zhěng）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（shuǐ）中的S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉（zhuǎn）移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料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。近年來，為了淨化鋼（gāng）水、延長爐襯壽命、降低耐火（huǒ）材料消耗，研究（jiū）人員對白雲（yún）石質（zhì）耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的（de）結果。

MgO在真空條件下（xià）容易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮發性是有（yǒu）影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分（fèn）數（shù））就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使（shǐ）用比純MgO質耐（nài）火材料更合適。

鋼（gāng）水中的脫S反應中，要使鋼水（shuǐ）S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣（zhā），並且鋼水中溶（róng）解的O含量盡（jìn）可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火（huǒ）材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼（gāng）水中的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，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CaO含量高即堿度（dù）高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性（xìng）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（chéng）保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的（de）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有機添加物。熱力學分析認為（wéi）：要在1200℃下長期烘烤，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（gài）質耐火材料對鋼水性能的影響

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

耐火材料對鋼中S的（de）影（yǐng）響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢（jiǎn）驗鎂鈣質（zhì）耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時（shí），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，使（shǐ）用白雲石質鋼包內（nèi）襯是很（hěn）必要的，這樣一方麵可以（yǐ）盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵（miàn）可以避免（miǎn）強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

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

耐火材料（liào）對鋼水碳含量的影響：實驗表（biǎo）明，使用含C耐火材料，鋼（gāng）水顯著增C，當同一製品（pǐn）第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐（nài）火材料中的水分以及其中的有機（jī）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（hù）套管保護主流時（shí），有機粘結劑導致吸（xī）H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量（liàng）。

耐火材料對鋼中（zhōng）N(氮)含量的影響：傳統耐（nài）火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材（cái）料中應用受到關（guān）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，保護套管非常重要（yào），連鑄的增N點就是長水口保護，此（cǐ）處增（zēng）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（měi）鉻耐火材料對（duì）管線鋼（gāng）鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的（de）情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能（néng）去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性（xìng）耐火（huǒ）材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂（měi）鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複（fù）合化合物，熔點約為1400℃左右（yòu），可有（yǒu）效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成（chéng）C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔（róng）點化（huà）合（hé）物被吸附鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料表（biǎo）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。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態（tài）坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣磚的抗渣性。試驗結（jié）果得（dé）出，CaO含量高的白（bái）雲石磚抗（kàng）高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較（jiào）強（qiáng）。燒成白（bái）雲石磚基質部（bù）分致密程度高，較不（bú）燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，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（hán）量高的燒成鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂（měi）鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔（róng）渣（zhā）的侵蝕和滲透能力，這是（shì）因為渣與（yǔ）鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效（xiào）抑製熔（róng）渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是熔渣（zhā）對（duì）基質的強溶蝕並滲透作用。

賀州鎂磚之鎂鈣碳磚的（de）性能及抗侵蝕的（de）研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚（zhuān）的特性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂碳磚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（bāo）落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含（hán）量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越（yuè）強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵（qīn）蝕研究（jiū）：崔淑賢等人采用煉鋼轉（zhuǎn）爐的（de）初期渣、中期渣（zhā）和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產（chǎn）生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕（qīng），是（shì）因為在磚的界麵上產生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和（hé）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（huì）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（zhā）能力強；而且磚中的（de）CaO有利於鋼水的（de）脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的（de）電爐爐襯。

白雲石（shí）質（zhì）耐火材料對（duì）潔淨鋼的影響

潔淨鋼係（xì）指鋼（gāng）中（zhōng）有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布（bù）均勻，使鋼材具有高性（xìng）能、高品（pǐn）質。在鋼水從（cóng）冶煉到精煉的整個過程（chéng）中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火（huǒ）材料對鋼水或多或少總有些汙（wū）染，唯有白雲（yún）石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而（ér）且不汙染環境。