徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼工藝的（de）角度研究提高鋼的純淨度，沒有（yǒu）考慮與（yǔ）鋼水直接接觸的（de）耐火材料對鋼水的淨化作（zuò）用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙（wū）染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料（liào）的理論研究和實際（jì）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（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石（shí）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（hòu）的理論組成為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，白雲（yún）石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔（róng）的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石（shí）和鎂（měi）鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的變化影響鎂鈣質製品的高（gāo）溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力（lì）越強；CaO含（hán）量越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫（wēn）蠕變越大，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（yīng）該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合（hé）理選擇（zé）鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對（duì）淨化鋼水作用（yòng）的影響

潔淨鋼、特殊鋼（gāng）等對（duì）鋼中的雜（zá）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（qù）鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整（zhěng）化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的遊（yóu）離CaO，易與鋼水中的S、P等（děng）雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去（qù）雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨鋼、特殊鋼等（děng）設備的耐火材料。近（jìn）年來，為了淨化鋼（gāng）水、延（yán）長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究（jiū）人員（yuán）對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好（hǎo）的結果。

MgO在真空條件（jiàn）下容易（yì）揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響（xiǎng）的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）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（xià）使用比純MgO質耐火材料更合（hé）適。

鋼水（shuǐ）中的脫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，並且鋼水中（zhōng）溶解的O含量（liàng）盡可能要低。要使O含量低，就要選擇（zé）氧勢盡可能低（dī）的耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下以氣態存在，在（zài）鋼水中的溶解度很小，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。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量（liàng）高即堿度高的熔渣（zhā）有利（lì）脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質（zhì）耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高（gāo）、抗渣滲透性好，特（tè）別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火（huǒ）材料中的CaO反應生成高熔（róng）點化合物（wù）C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔（róng）渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或（huò）精煉設備內（nèi）襯耐火材料的水分及有機添加（jiā）物。熱力學分析認（rèn）為：要在1200℃下長期烘烤，充分（fèn）排（pái）除其（qí）中的水分，就（jiù）不存在（zài）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）的影響

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

耐火材料對鋼中S的影（yǐng）響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中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（xià），反應45min時，脫S效果更（gèng）好，脫S率（lǜ）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，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵（miàn）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（miǎn）強還原條件下鋼包渣導致耐（nài）火材（cái）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（zhì）澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明（míng）：當澆注料中w（CaO）為（wéi）25%時，鋼中（zhōng）P含（hán）量大幅（fú）度降低，由原（yuán）始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量（liàng），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：實驗表明，使用含C耐火材（cái）料，鋼水顯著增（zēng）C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增（zēng）C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料（liào）中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產（chǎn）生顯著影響。連（lián）鑄過程中，鋼包和中間包係統（tǒng）中使用保（bǎo）護套管保護主（zhǔ）流時，有機粘結劑導致（zhì）吸H。對鋼（gāng）包、中間包烘（hōng）烤，能有效地（dì）降低鋼（gāng）水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的（de）影響：傳統耐火材（cái）料N含量很低，近年來氮化物在耐火（huǒ）材（cái）料（liào）中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重（chóng）要，連鑄的增N點（diǎn）就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐（nài）火材料（liào）對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研（yán）究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料（liào）對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗（yàn）表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其（qí）餘的堿性耐火材料均使鋼水夾（jiá）雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐（nài）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（diǎn）約（yuē）為（wéi）1400℃左（zuǒ）右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸（suān）二鈣)和（hé）C3S(矽酸三鈣)高熔點（diǎn）化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下（xià）來上浮至保（bǎo）護渣層中；在鎂鈣質耐火材（cái）料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能（néng）力越強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人（rén）采用靜（jìng）態坩堝法研究3種不鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性（xìng）。試驗結果得出，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（yún）石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好（hǎo）的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲（shèn）透比高堿度渣嚴重得（dé）多。相對而言，燒成（chéng）的鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量（liàng）高的燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量（liàng）低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力（lì），這（zhè）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）渣具有較強的侵蝕和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

吉安鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的性（xìng）能及（jí）抗侵蝕的研究

鎂鈣（gài）碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣（gài）磚的特性外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳（tàn）磚具有更好（hǎo）的真（zhēn）空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性能同時取決於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（yuè）好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強（qiáng）。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研究：崔淑（shū）賢等人采用煉鋼轉爐的（de）初期渣、中期渣和終期渣（zhā）分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實（shí）驗。實（shí）驗（yàn）結果表（biǎo）明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因（yīn）為MgO—C磚產生結構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率（lǜ）反而分別比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因為（wéi）其在高溫中及被渣中∑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（bái）雲石碳磚高（gāo）溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗（kàng）酸（suān）性熔渣能力（lì）強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲（yún）石質耐火材料對潔淨鋼的（de）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（xiǎo）和形態（tài）得（dé）到控製，合（hé）金元素成分精準並且（qiě）分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火（huǒ）材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對（duì）鋼水或多（duō）或少總有（yǒu）些汙染，唯有白雲石（shí）質即鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而（ér）且不汙染環境。