徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨（jìng）度，沒有考慮與鋼水直（zhí）接接觸的耐（nài）火材料對鋼水的淨化作用，總是（shì）認為耐火材料或（huò）多（duō）或少（shǎo）地（dì）會對鋼水產生汙染。可是通過對（duì）白雲石質（鎂鈣質）耐火材（cái）料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化（huà）鋼水，並且也不汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置（zhì）中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的（de）特征

白（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論（lùn）組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為1.93。鎂鈣質耐火材（cái）料主要包括白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂白雲石質耐火材（cái）料、鎂鈣質（zhì）耐火材料。

其中，白雲石質耐（nài）火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或（huò）不定形耐火材料；鎂白雲石和（hé）鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石（shí）合成的（de）耐（nài）火（huǒ）材料。MgO、CaO含（hán）量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用（yòng）性（xìng）能，MgO含量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力（lì）越強；CaO含量越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫（liú）、脫磷的效果越好，但（dàn）抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉（liàn）等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲石質耐火材料對（duì）淨化鋼水作用的影響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼等對鋼中（zhōng）的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）的含（hán）量（liàng）要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調（diào）整化（huà）學成分和（hé）均（jun1）勻（yún）化等。鎂鈣質耐火材料（liào）中的遊（yóu）離CaO，易與（yǔ）鋼水中（zhōng）的S、P等（děng）雜質反應，使其（qí）轉移到爐（lú）渣中（zhōng），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（wéi）了淨化鋼（gāng）水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消（xiāo）耗，研究人員對白雲石質耐（nài）火材料進行了（le）許（xǔ）多（duō）試（shì）驗研究，取（qǔ）得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮發性（xìng）是有影響的（de），含有10%～20%CaO（摩爾分（fèn）數）就可使MgO相對揮發（fā）性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量（liàng）的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐（nài）火材料（liào），在高溫真空條件下使用比純MgO質（zhì）耐火材料更合適。

鋼水（shuǐ）中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔（róng）渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的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料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，而CaO的氧（yǎng）勢（shì）也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有（yǒu）利脫P，因此（cǐ），用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質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耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含（hán）量的問題，采用真空精煉，其H主（zhǔ）要來自熔渣或精煉設備內襯耐火（huǒ）材料的水分及有機（jī）添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其（qí）中的水分，就不存（cún）在鋼水中氫（qīng）（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能（néng）的影響

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

耐火材料對鋼中S的影響（xiǎng）：田（tián）琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的（de）反應，檢驗鎂鈣質耐火（huǒ）材料的脫S效果。結果（guǒ）表明：在1600℃下，反應（yīng）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（le）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要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火（huǒ）材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的（de）影響：匡加才研（yán）究（jiū）MgO—CaO質澆注料對鋼中P含（hán）量（liàng）的影響。實驗結果表明：當（dāng）澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中（zhōng）P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗（yàn）表明，使用（yòng）含C耐火材料，鋼水顯著（zhe）增C，當同一製品第二次（cì）使用時，鋼（gāng）水僅發生輕微（wēi）增（zēng）C。

耐火材料對鋼中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（jì）會對鋼水中的H含量產生顯（xiǎn）著影響。連鑄（zhù）過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包（bāo）、中間包烘烤，能（néng）有效地降低鋼水的吸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，近年來氮化物在耐火材料中應用受（shòu）到關注，如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造成增N。更大的增N量在鋼包（bāo）與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水（shuǐ）口保護，此（cǐ）處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾（jiá）雜物（wù）的（de）影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管（guǎn）線鋼鋼水潔（jié）淨化的影（yǐng）響，實驗表明：在反應30min的情（qíng）況下，隻有鎂鈣質耐火（huǒ）材料能去（qù）除鋼水中的夾雜（zá）物，其（qí）餘的堿性耐火材料均（jun1）使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應（yīng），如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成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（shēng）成（chéng）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（xíng）成保護層，或者從（cóng）鎂鈣質耐火材料表麵（miàn）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，吸附鋼水中夾雜物的能力（lì）越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義（yì）兵等人采用靜態（tài）坩堝法研究（jiū）3種不鏽鋼冶煉用鎂（měi）鈣磚的抗渣（zhā）性。試驗結果得（dé）出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白（bái）雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿（jiǎn）度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重（chóng）得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）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（měi）鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有（yǒu）良好的抵抗高（gāo）堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是（shì）因為渣與鎂鈣材料（liào）作用析出C3S，使材料表層致密（mì）化（huà）而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能（néng）力，主要（yào）是（shì）熔渣對基質的（de）強溶蝕並（bìng）滲透作用（yòng）。

湖州鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具（jù）有更好的真空穩定性、抗熱震（zhèn）性。鎂鈣碳磚的（de）性能同時（shí）取決於CaO及（jí）C的含量。CaO含量越（yuè）高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含（hán）量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的（de）抗侵蝕研（yán）究：崔淑賢（xián）等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣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（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因（yīn）為MgO—C磚產生（shēng）結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界（jiè）麵上產生了C2S保護層；可是（shì）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（gāo）0.4%和1.2%，因為（wéi）其在高溫中及（jí）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性好，抗酸性熔渣能力（lì）強；而且（qiě）磚中的CaO有利於（yú）鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電（diàn）爐爐襯（chèn）。

白雲（yún）石質耐火材料對潔（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（liàng）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均勻，使（shǐ）鋼材具有高性能、高（gāo）品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程（chéng）中，耐火材料始終與鋼（gāng）水接觸，一（yī）般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染（rǎn），唯有白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火材料能淨化鋼（gāng）水，除去鋼中的非金屬夾雜物（wù），而（ér）且不汙染環境。