徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝的角度研究提（tí）高（gāo）鋼的純淨度，沒有考慮（lǜ）與鋼水直接接觸的耐（nài）火材料對鋼水的淨化作用，總（zǒng）是認為耐火材料或多或少地會對鋼水（shuǐ）產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐（nài）火材料的理論研究和實際試驗，得出（chū）鎂鈣質材料（liào）不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精（jīng）煉裝置中應（yīng）用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然（rán）礦物原（yuán）料（liào），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（zhì）耐火（huǒ）材料主（zhǔ）要包括（kuò）白雲石（shí）質耐火材料、鎂白（bái）雲（yún）石質耐（nài）火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或（huò）電熔的白雲石做原料的定型或不定（dìng）形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲（yún）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熔渣和抗水化能力（lì）越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕（rú）變越（yuè）大（dà），抗（kàng）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（yīn）此，應該（gāi）根據（jù）爐外精煉等熱工設備（bèi）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）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中（zhōng）的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中（zhōng）雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與（yǔ）鋼水中的S、P等雜質反應（yīng），使其轉（zhuǎn）移到爐渣（zhā）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（nài）火材料（liào）也適（shì）合用於（yú）冶煉低氧（yǎng）鋼（gāng），是爐外精煉冶煉潔淨鋼（gāng）、純（chún）淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料（liào）。近年來，為了淨化（huà）鋼水、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（cái）料進行（háng）了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，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（wēn）真空條件下（xià）使用比純MgO質耐火材料（liào）更合適（shì）。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的（de）高（gāo）堿度渣，並且（qiě）鋼水中溶解的O含量（liàng）盡可能（néng）要低。要使O含量低，就要（yào）選擇氧勢（shì）盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在（zài）鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢（shì）也很小（xiǎo），因此，精煉設備應（yīng）該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含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的（de）鎂鈣質耐火材料同（tóng）樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、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（chéng）高熔點（diǎn）化（huà）合物C2S或C3S,形（xíng）成保護（hù）層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真（zhēn）空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火（huǒ）材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充（chōng）分排（pái）除其中的水分，就不存在（zài）鋼水中氫（qīng）（H）含量增高問（wèn）題（tí）。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對鋼水性能（néng）的影響

耐火材料對鋼（gāng）中氧含量的影響：王龍光（guāng）等人認為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中的CaO熱力學（xué）穩定性高，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（xiào）材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）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（huí）S”現（xiàn）象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內（nèi）襯是很必要的，這（zhè）樣一方麵可以盡可能降低（dī）鋼包（bāo）內襯的（de）再氧化能力，另一方麵可（kě）以避免強（qiáng）還原條件下鋼包渣導（dǎo）致耐火（huǒ）材料的過度（dù）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（liàng）的影響。實驗結果表明：當澆注（zhù）料中w（CaO）為（wéi）25%時，鋼（gāng）中P含（hán）量大幅度降低，由原始（shǐ）的0.1%降低（dī）到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有（yǒu）小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量（liàng）的影響：實驗表明（míng），使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生（shēng）輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的（de）水（shuǐ）分以及其中的有機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（bǎo）護套管保護主流時，有機粘結劑導（dǎo）致吸（xī）H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的（de）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（dàn）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。更大的增N量在鋼包與中間包（bāo）之間，保護套（tào）管非常重要，連鑄的（de）增N點就（jiù）是長水口保護，此（cǐ）處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水（shuǐ）中夾雜（zá）物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂（měi）鉻耐火材料對管線鋼（gāng）鋼水潔淨化的影（yǐng）響，實驗表（biǎo）明：在反應（yīng）30min的（de）情（qíng）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物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣（gài）耐火材料中的CaO反應（yīng），如CaO與Al2O3反應生成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反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點化合物被吸附鎂鈣（gài）質耐火材料表麵，形成保護層，或者（zhě）從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下（xià）來上浮至保護（hù）渣層（céng）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（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能（néng）：梁義兵等人采用靜態坩堝法（fǎ）研究3種不鏽鋼（gāng）冶（yě）煉用（yòng）鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣（zhā）侵（qīn）蝕和滲（shèn）透能力比（bǐ）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（zhuān）具有（yǒu）更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較（jiào）低（dī）的（de）VOD爐渣對（duì）三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴（yán）重得多。相對而言（yán），燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒（shāo）鎂鈣磚（zhuān），CaO含量（liàng）高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力（lì）好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具（jù）有良好（hǎo）的抵抗高堿度熔（róng）渣的侵蝕和滲透（tòu）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（róng）渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的（de）侵蝕和滲透能力，主要是熔渣（zhā）對基質的強（qiáng）溶蝕並滲透（tòu）作（zuò）用。

蛟河（hé）鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵（qīn）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（jù）備鎂鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有（yǒu）更好的真空穩定性（xìng）、抗（kàng）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（gāo），抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢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磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較（jiào）輕，是因為在磚的界麵上產（chǎn）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（ér）分（fèn）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（shí）嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白（bái）雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能（néng）力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫（tuō）S、脫P等，適（shì）合冶（yě）煉（liàn）鋼的電爐爐襯。

白雲（yún）石質耐火材料對潔淨鋼的（de）影響

潔（jié）淨鋼係（xì）指鋼中有（yǒu）害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬夾雜（zá）物不僅（jǐn）數量少，而且尺寸（cùn）很小（xiǎo）和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼（gāng）材（cái）具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉（liàn）到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水（shuǐ）或多或少（shǎo）總有些汙（wū）染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除（chú）去鋼（gāng）中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。