徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼（gāng）的純（chún）淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化（huà）作用，總是認為耐火材料或多或少地（dì）會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石（shí）質（鎂鈣質）耐火材料（liào）的理論研究和實際試驗，得（dé）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（wū）染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外（wài）精煉裝（zhuāng）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（wù）原（yuán）料（liào），煆燒後的理論組成為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂（měi）鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂（měi）白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐（nài）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；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料（liào）是用鎂石與（yǔ）白雲石合成的（de）耐火材料。MgO、CaO含量的（de）變化（huà）影響鎂鈣質製品（pǐn）的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強（qiáng）；CaO含量越高，抗（kàng）高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，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（cǐ），應該根（gēn）據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理（lǐ）選擇鎂鈣（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用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等（děng）對鋼中的（de）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（xū）要爐外精煉除去鋼（gāng）中（zhōng）雜質及夾雜物以及脫氣、調整（zhěng）化學（xué）成分和（hé）均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣（zhā）中，具有除（chú）去雜質、淨化鋼水的（de）功（gōng）能。由於CaO的氧勢很低，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鋼、純淨鋼、特殊鋼等設（shè）備的耐火材料。近年來，為（wéi）了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研（yán）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在真空條件（jiàn）下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的（de），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（de）CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條（tiáo）件下（xià）使用比純MgO質耐火（huǒ）材料更合（hé）適。

鋼水中的（de）脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼（gāng）水中溶解的（de）O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇（zé）氧勢盡可（kě）能低的耐（nài）火材料，Mg與（yǔ）Ca在（zài）高溫（wēn）下以氣態存在（zài），在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此（cǐ），精煉設備應該（gāi）選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼（gāng）包中采用CaO含量（liàng）高（gāo）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（yàng）也有利（lì）脫P。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的熱震穩定性高、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（yì）製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其（qí）H主要來（lái）自（zì）熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及（jí）有機添加物。熱力學分析認為：要（yào）在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分（fèn），就（jiù）不存在鋼水中氫（H）含量（liàng）增高問題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中（zhōng）氧（yǎng）含量的（de）影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料（liào）中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平（píng）衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧（yǎng）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（jié）果表明：在1600℃下，反應45min時，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（tuō）S效果（guǒ），使用白（bái）雲石（shí）質鋼（gāng）包內（nèi）襯是（shì）很必要的，這（zhè）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（hái）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（jiāo）注料對鋼中P含（hán）量的影響。實驗結果表明：當澆注料中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（liàng），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：實驗表明，使用含C耐火（huǒ）材（cái）料，鋼水顯（xiǎn）著增C，當同（tóng）一製品第二次使用時（shí），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（zhōng）的水（shuǐ）分以及其中的有機粘結劑（jì）會（huì）對鋼水中的H含量產（chǎn）生（shēng）顯著影響（xiǎng）。連鑄過程中，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、中間包烘烤，能有效地降低鋼（gāng）水的吸H量。

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐（nài）火材料（liào）N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關（guān）注，如Sialon分解對鋼（gāng）水造成增N。更大的增N量在鋼包與中（zhōng）間包之間，保護套管非常（cháng）重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼（gāng）水中夾雜物（wù）的影響（xiǎng）：田琳等（děng）人研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管（guǎn）線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實驗（yàn）表明：在（zài）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，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜（zá）物（wù）數（shù）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（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔（róng）點約為1400℃左右，可有效（xiào）地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合（hé）物被吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或（huò）者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料（liào）中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中（zhōng）夾（jiá）雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料（liào）的抗侵（qīn）蝕性（xìng）能：梁義兵等人采用靜態坩堝法（fǎ）研究3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出（chū），CaO含量高的白雲石磚抗高堿度（dù）的AOD渣侵蝕（shí）和（hé）滲透能力（lì）比較強（qiáng）。燒成白雲石（shí）磚基質（zhì）部分致密程度（dù）高，較不燒白（bái）雲石磚具有更好的抗高堿度渣（zhā）侵蝕性。堿度較低（dī）的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲（shèn）透比高堿度（dù）渣嚴重得多（duō）。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量（liàng）高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度（dù）熔渣的侵蝕和滲透能（néng）力，這是因為（wéi）渣與（yǔ）鎂鈣材料作用析出C3S，使材（cái）料表層致密化而有效（xiào）抑製熔渣的（de）滲透。低（dī）堿度熔渣具有較強的侵（qīn）蝕和（hé）滲透能力（lì），主要是熔渣對（duì）基質的強溶蝕並滲透作用。

江西（xī）鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成鎂鈣磚種類複雜。除具（jù）備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣（gài）碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取（qǔ）決（jué）於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗（kàng）剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含（hán）量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔（cuī）淑（shū）賢（xián）等人采用煉鋼轉爐的初（chū）期渣、中期（qī）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（yàn）結果表明：初期渣MgO—C磚蝕（shí）損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝（bāo）落，蝕（shí）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；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分（fèn）別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其（qí）在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲（yún）石碳磚高溫抗氧化（huà）性和熱震穩定性好，抗酸（suān）性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水（shuǐ）的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響（xiǎng）

潔淨鋼（gāng）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（bú）僅數（shù）量少，而且尺（chǐ）寸很小和（hé）形態得到控製（zhì），合金（jīn）元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的（de）整個過程中，耐火材（cái）料始終與鋼水（shuǐ）接（jiē）觸，一（yī）般耐火材（cái）料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火（huǒ）材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。