徐平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝的角度研（yán）究提高鋼的純淨（jìng）度，沒有考慮與鋼水直接接觸（chù）的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料（liào）或多或少地會對鋼水產（chǎn）生（shēng）汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質（zhì））耐火（huǒ）材料的（de）理論（lùn）研究和（hé）實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材料不但不（bú）汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼包等爐外（wài）精（jīng）煉裝置中應用（yòng）日益（yì）增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材（cái）料的（de）特征（zhēng）

白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）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火材料、鎂白雲石質耐（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電熔的白雲石做原（yuán）料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲（yún）石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合（hé）成的耐火材料（liào）。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熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔（róng）渣（zhā）的能（néng）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（yīn）此，應該根據爐外精煉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（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜（zá）物（wù）的含量要求嚴格，需要爐（lú）外精煉除去鋼中雜質及夾雜物（wù）以及脫氣、調整化學成分和均勻（yún）化等。鎂鈣（gài）質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜質反應，使（shǐ）其轉移到爐渣中，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，為了淨化鋼水、延長（zhǎng）爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研（yán）究人員（yuán）對白雲石質耐火材料進行（háng）了許多試驗（yàn）研究（jiū），取得了很好（hǎo）的結果（guǒ）。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發（fā）性是有（yǒu）影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使（shǐ）MgO相對（duì）揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定（dìng）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質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應（yīng）中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高（gāo）的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可（kě）能要（yào）低。要使（shǐ）O含（hán）量低，就要選擇氧勢盡（jìn）可能低的耐（nài）火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下以氣態存在，在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（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫（wēn）度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣（zhā）有利脫P，因此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫（tuō）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（róng）渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材（cái）料中的CaO反應生（shēng）成高熔點化合物C2S或C3S,形（xíng）成保（bǎo）護層，從而抑製熔（róng）渣的滲透。

關於（yú）H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自（zì）熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱（rè）力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分（fèn），就不存在鋼水中氫（qīng）（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水（shuǐ）性能的影響

耐火材（cái）料（liào）對鋼中氧含量的影響（xiǎng）：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱（rè）力學穩定性高，具有（yǒu）很低的氧平衡分（fèn）壓，在鋼水中（zhōng）的（de）溶解度很小，被（bèi）認為是（shì）防止鋼水增（zēng）氧的有（yǒu）效材料。

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（zhōng）S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果（guǒ）表（biǎo）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（dī），出現“回S”現象。為了使鋼包（bāo）獲得（dé）有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣（yàng）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（bāo）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：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果（guǒ）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，鋼中P含量僅有小（xiǎo）幅（fú）度降低。

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

耐火材料對（duì）鋼中H(氫)含量（liàng）的影響：耐火材料（liào）中的水分以及（jí）其中的（de）有機粘結劑（jì）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（shǐ）用保護（hù）套管保護主流時（shí），有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，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（xiǎng）：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，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保（bǎo）護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾（jiá）雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂（měi）鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的（de）堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可（kě）與鎂鈣耐火材料中的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（gāng）中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應（yīng）生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料表麵，形成保護（hù）層，或者從鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中（zhōng）；在鎂（měi）鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附（fù）鋼水中夾雜物的（de）能力越強。

鎂（měi）鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁（liáng）義兵等人采（cǎi）用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得出（chū），CaO含量（liàng）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（bái）雲石（shí）磚（zhuān）基質部分致密程度高，較不燒白（bái）雲石磚具有更好（hǎo）的抗高堿（jiǎn）度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種（zhǒng）磚的侵蝕（shí）和滲透（tòu）比高堿度渣嚴重得多。相（xiàng）對而言，燒成（chéng）的（de）鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕（shí）性明顯好於（yú）不燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕能力（lì）好於CaO含量低（dī）的（de）鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良（liáng）好的抵抗高（gāo）堿度熔渣的侵蝕和（hé）滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使（shǐ）材料表層致密化而有效（xiào）抑製熔渣的滲透。低（dī）堿度熔渣具有較（jiào）強的侵蝕和（hé）滲透（tòu）能（néng）力，主要是（shì）熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透作用。

晉城鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕的（de）研（yán）究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚（zhuān）種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外（wài），鎂鈣（gài）碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越（yuè）高，抗剝落性能越好（hǎo），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（zhā）、中期渣（zhā）和終（zhōng）期渣分別對鎂（měi）鈣（gài）碳磚及（jí）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（bǐ）MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損（sǔn）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（shì）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%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶（róng）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雲石碳（tàn）磚高溫（wēn）抗氧（yǎng）化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力（lì）強；而且磚中（zhōng）的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶（yě）煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的（de）影（yǐng）響

潔淨鋼係指鋼中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金（jīn）屬夾雜物不僅（jǐn）數量少，而（ér）且尺寸很（hěn）小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材（cái）具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料（liào）始終（zhōng）與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總（zǒng）有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨（jìng）化鋼水，除（chú）去鋼中的非金屬夾雜（zá）物，而且不汙染環境。