徐平坤

以前，從煉鋼（gāng）工藝（yì）的角度研究提（tí）高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接（jiē）接觸的耐（nài）火材料對鋼水的淨化作（zuò）用，總是（shì）認為耐火材料（liào）或（huò）多（duō）或少地會對鋼（gāng）水產生汙染。可是通過對白雲石（shí）質（zhì）（鎂鈣質）耐火材料的理（lǐ）論研（yán）究和實際試驗（yàn），得出鎂鈣質材料不但不汙染（rǎn）鋼水，反而能淨化（huà）鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐（lú）外精煉（liàn）裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特（tè）征

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

其中，白雲石（shí）質耐火材料是指全（quán）部（bù）用煆燒或電熔的白雲石做（zuò）原料的定型（xíng）或不定形耐火材料（liào）；鎂白（bái）雲石（shí）和鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料是用鎂石與白雲石合成（chéng）的耐火材料（liào）。MgO、CaO含（hán）量（liàng）的變化影（yǐng）響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強（qiáng），高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落性能和脫硫、脫磷的效果越好（hǎo），但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差（chà）。因（yīn）此，應該根據爐外精煉（liàn）等熱工設備的不同部位使用條（tiáo）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（zuò）用的（de）影響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼等對（duì）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（lú）外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及（jí）脫氣、調（diào）整化學成（chéng）分和均勻化等。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（lú）渣中，具（jù）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、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火（huǒ）材料。近年來，為了淨化鋼水（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（kōng）條件下容易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩（mó）爾分數（shù））就可使（shǐ）MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質（zhì）材料中加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材料（liào），在（zài）高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中（zhōng），要（yào）使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度（dù）渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能（néng）要低。要使（shǐ）O含量低，就要選擇（zé）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（jiě）度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應（yīng）該選用鎂鈣質（zhì）耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度（dù）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。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性（xìng）高、抗渣滲透性（xìng）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（róng）點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護層，從（cóng）而抑製熔渣的滲透（tòu）。

關於H含量的問題，采用真空精煉（liàn），其H主要來自熔渣（zhā）或精煉設備內襯耐火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（hōng）烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼（gāng）水性能的影（yǐng）響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人（rén）認為MgO—CaO耐火材（cái）料中的CaO熱力（lì）學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水（shuǐ）增氧（yǎng）的有效材料。

耐火材料對鋼（gāng）中（zhōng）S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣（gài）磚與鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗鎂鈣質（zhì）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。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要（yào）的，這樣一方麵可以盡可能（néng）降低鋼（gāng）包內襯的（de）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材料的過度消耗。

耐火材（cái）料對鋼中P含量（liàng）的影響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當（dāng）澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅（fú）度降低，由原始的0.1%降（jiàng）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（huǒ）材料（liào）對鋼水（shuǐ）碳含量的影響：實驗（yàn）表明，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，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材（cái）料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材（cái）料中的水分以（yǐ）及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量（liàng）產生顯著影響。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（hōng）烤，能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（nài）火材料N含量很低，近年來氮化（huà）物（wù）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（gāng）包與中間包之間，保護套管非常重（chóng）要，連鑄（zhù）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（liào）對（duì）鋼（gāng）水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實（shí）驗表明：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，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂鈣（gài）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（sān）鈣)高熔（róng）點化合物被吸附鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料表麵，形成保（bǎo）護層，或者（zhě）從鎂鈣質耐火材料表麵上剝（bāo）落下來上浮至保護渣層中；在（zài）鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含（hán）量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質（zhì）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（gài）磚（zhuān）的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高（gāo）堿度的（de）AOD渣侵（qīn）蝕和滲（shèn）透能力比較強。燒成白雲石（shí）磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚（zhuān）具有更好的（de）抗高（gāo）堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度較低的VOD爐渣對（duì）三種磚的侵（qīn）蝕和滲透比高堿度（dù）渣嚴重得多。相對（duì）而言，燒（shāo）成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣（zhā）的侵蝕（shí）和滲透能力，這是因為渣與（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（tòu）。低堿度熔渣具有較（jiào）強的侵蝕和（hé）滲透能力，主要是熔渣（zhā）對基質的強溶蝕並滲透作用。

嘉峪關鎂磚之鎂鈣碳磚的性（xìng）能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成（chéng）鎂鈣磚種類複雜。除具（jù）備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂碳磚具有更（gèng）好的（de）真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於（yú）CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落（luò）性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人（rén）采用煉鋼轉爐的初期（qī）渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行（háng）實驗。實驗結果表明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構（gòu）剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）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（jiě），所以比MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴重。

孫惠章等人（rén）研究結果表明鎂白（bái）雲石碳磚高（gāo）溫抗（kàng）氧化性和熱震穩定性好（hǎo），抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水（shuǐ）的脫O、脫S、脫P等，適（shì）合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質（zhì）耐火材料對潔淨鋼的（de）影響

潔淨鋼係指（zhǐ）鋼（gāng）中有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而（ér）且尺寸很小和形（xíng）態得（dé）到控製，合金元素成分精（jīng）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整個過程中，耐火（huǒ）材料始終與鋼水接觸（chù），一（yī）般耐火材料對鋼水或多（duō）或少總有些汙染，唯有白雲（yún）石質（zhì）即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾雜物，而且（qiě）不（bú）汙染環境。