徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高（gāo）鋼的純淨度（dù），沒有考慮（lǜ）與鋼（gāng）水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為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）耐火材料的理論研究和實（shí）際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染（rǎn）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（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）主要包括白（bái）雲石質耐火材（cái）料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐（nài）火材料。

其中（zhōng），白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白（bái）雲石做（zuò）原料（liào）的定型或不定形耐火材料；鎂（měi）白雲石和鎂（měi）鈣質耐火材料是用（yòng）鎂石與（yǔ）白雲石合（hé）成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含（hán）量的變化影響鎂鈣質製品的高（gāo）溫使用（yòng）性能（néng），MgO含量越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化（huà）能力越（yuè）強；CaO含量越高，抗（kàng）高SiO2熔渣的能力（lì）越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫（tuō）磷的效（xiào）果越好，但（dàn）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（bú）同部位使用條件，合理選（xuǎn）擇鎂鈣（gài）質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作（zuò）用的影響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜（zá）質及夾（jiá）雜物以及脫氣、調整化（huà）學成分和均（jun1）勻（yún）化等。鎂鈣質耐火材料中的（de）遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼（gāng）水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適（shì）合（hé）用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊鋼等設（shè）備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究（jiū）人員對白雲石質耐火材料進行了許（xǔ）多試驗研究（jiū），取得了很好的結果（guǒ）。

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

鋼水（shuǐ）中的脫（tuō）S反應中，要（yào）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（zhōng）溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就（jiù）要選擇氧（yǎng）勢盡可能低的耐火（huǒ）材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在（zài）鋼水中（zhōng）的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火（huǒ）材料。溫度（dù）升高（gāo）不利於（yú）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，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料的熱震穩定性（xìng）高、抗渣滲透性好，特別是熔渣（zhā）中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點（diǎn）化合物C2S或C3S,形（xíng）成保護層，從而抑製熔渣的滲（shèn）透。

關於（yú）H含量（liàng）的問題，采（cǎi）用真空精（jīng）煉，其（qí）H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材（cái）料的水（shuǐ）分及有機添加物。熱力學分析認為：要在（zài）1200℃下長期烘烤，充分排除（chú）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（néng）的（de）影響

耐火材料對鋼中氧含（hán）量的影響（xiǎng）：王龍光等人認為（wéi）MgO—CaO耐火材料（liào）中的CaO熱力學穩（wěn）定性高，具有很低的氧平衡（héng）分壓（yā），在（zài）鋼（gāng）水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的（de）影響：田琳等人試驗研究（jiū）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，反應45min時，脫S效果更（gèng）好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現（xiàn）象。為了使鋼包（bāo）獲得有效（xiào）的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必（bì）要的，這樣一方（fāng）麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化（huà）能力，另一方麵可以（yǐ）避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料（liào）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質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料（liào）中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到（dào）0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小（xiǎo）幅度降低。

耐火材料（liào）對鋼水碳含量的影響：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（cì）使用時，鋼（gāng）水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含（hán）量的影響：耐火材料中的水分以及（jí）其（qí）中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著（zhe）影響（xiǎng）。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用（yòng）保護套管保護主流時（shí），有機粘結劑導致吸（xī）H。對鋼包、中間包烘烤，能有效（xiào）地降低鋼水（shuǐ）的吸H量（liàng）。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含（hán）量很低，近年來（lái）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（dà）的增N量在鋼包與中間包（bāo）之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就（jiù）是長水口保護（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料對鋼水中夾雜物的影響：田琳（lín）等人研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反（fǎn）應30min的情況下，隻有鎂鈣（gài）質耐火材料能去除（chú）鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐（nài）火材料均使（shǐ）鋼水夾雜物數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可（kě）有效（xiào）地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高熔（róng）點（diǎn）化（huà）合物被吸附鎂鈣質耐火材（cái）料表麵，形（xíng）成保護層，或者（zhě）從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護（hù）渣（zhā）層中；在鎂鈣（gài）質耐火材料中（zhōng）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含量高的白雲石（shí）磚抗（kàng）高（gāo）堿度的AOD渣侵蝕（shí）和（hé）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（dù）渣侵蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐（lú）渣對三種（zhǒng）磚（zhuān）的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得（dé）多。相對而言，燒成的鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）性明顯好於不燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的燒成鎂（měi）鈣磚（zhuān）抵抗（kàng）低堿度渣侵（qīn）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（kàng）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（shèn）透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能（néng）力（lì），主要是熔渣對基質的強溶蝕並（bìng）滲透作用。

黃石（shí）鎂（měi）磚之鎂鈣碳磚的性（xìng）能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣（gài）碳磚比鎂（měi）碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱（rè）震性。鎂鈣碳磚的性能同（tóng）時（shí）取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗（kàng）渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗侵（qīn）蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對（duì）鎂鈣碳（tàn）磚及鎂碳磚的侵蝕進行實（shí）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（shì）因為MgO—C磚產生結（jié）構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是（shì）因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和（hé）終期（qī）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（jí）被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴重。

孫惠（huì）章等人研究結果表明（míng）鎂白雲石（shí）碳磚高溫抗氧化性和（hé）熱（rè）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。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非（fēi）常（cháng）少，非金屬夾雜物（wù）不僅數量少（shǎo），而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素（sù）成分精準並且（qiě）分布均勻（yún），使鋼材具有高性能、高品質（zhì）。在鋼水從冶煉到（dào）精煉的整個過（guò）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（shí）質即鎂鈣（gài）質耐火材料能（néng）淨化鋼水，除去（qù）鋼中的非（fēi）金屬夾（jiá）雜物，而且不汙染環境（jìng）。