徐平坤

以前，從煉鋼（gāng）工藝的角度研（yán）究提高鋼的純淨度，沒有考（kǎo）慮與鋼（gāng）水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材（cái）料（liào）或多或少地會（huì）對鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗（yàn），得出鎂（měi）鈣質材料不但不汙（wū）染鋼水，反而能淨化鋼水，並（bìng）且也不汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等爐外精（jīng）煉裝置（zhì）中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣（gài）質耐火材料的（de）特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然礦物原料（liào），煆燒後（hòu）的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為（wéi）1.93。鎂（měi）鈣質耐火材料主要包（bāo）括白雲（yún）石質耐火材料、鎂（měi）白雲石質耐火材（cái）料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石（shí）質耐火材料是指（zhǐ）全部（bù）用煆燒或電熔（róng）的白（bái）雲石做原料的定（dìng）型或不定形耐火材料；鎂白（bái）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（biàn）化影響鎂鈣質製品的高溫（wēn）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（zhā）的能力越（yuè）強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的（de）效果越好，但（dàn）抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性（xìng）能越差。因此，應（yīng）該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位（wèi）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（gāng）、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉（liàn）除去鋼中雜（zá）質及夾雜物以及脫氣、調（diào）整化學成分和均勻化（huà）等。鎂鈣質耐火材（cái）料中（zhōng）的遊離（lí）CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜質（zhì）反應，使其（qí）轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化（huà）鋼水的（de）功能。由於CaO的氧勢很低（dī），鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低（dī）氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石（shí）質耐（nài）火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果（guǒ）。

MgO在真空條件下容易（yì）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（shǐ）MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材（cái）料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼（gāng）水中的脫S反應中（zhōng），要使鋼水（shuǐ）S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要使（shǐ）O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在（zài），在鋼水中的溶解度很小，而CaO的（de）氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料（liào）。溫度升高不利於脫（tuō）P，但鋼包中（zhōng）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高、抗渣滲透（tòu）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（yīng）生成高熔點化（huà）合物C2S或C3S,形成保（bǎo）護層，從（cóng）而抑製熔（róng）渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空（kōng）精煉，其H主要來自熔渣或精煉設（shè）備內襯耐火材（cái）料的水分（fèn）及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長（zhǎng）期（qī）烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（qīng）（H）含（hán）量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對（duì）鋼水性能的影響

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

耐火材料對鋼（gāng）中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效（xiào）果。結（jié）果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫（tuō）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S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一（yī）方（fāng）麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力（lì），另一方麵可以避免強還原條件（jiàn）下鋼包渣導（dǎo）致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響（xiǎng）：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（jiāo）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（hán）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（hán）C耐火（huǒ）材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二（èr）次使用時，鋼水僅發（fā）生輕微增C。

耐火材料對鋼（gāng）中（zhōng）H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以（yǐ）及其中的有（yǒu）機粘結劑會對（duì）鋼（gāng）水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中（zhōng），鋼包和中間包係統中使用保護（hù）套管保護主流時，有機粘結劑導致吸（xī）H。對鋼包、中（zhōng）間包烘（hōng）烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的影響：傳統（tǒng）耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火（huǒ）材（cái）料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增（zēng）N量在鋼包與中間包之間（jiān），保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保（bǎo）護，此（cǐ）處（chù）增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜（zá）物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、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，隻有鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）能（néng）去除鋼水中的夾雜物（wù），其餘的（de）堿性耐火材料均使鋼水夾雜物（wù）數量（liàng）增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物（wù）可與鎂鈣耐火材料中的CaO反（fǎn）應，如CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合（hé）化合（hé）物（wù），熔（róng）點約為1400℃左右，可有（yǒu）效地去除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反應生成（chéng）C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物（wù）被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣（gài）質耐火材料表麵上（shàng）剝落下來上浮至保（bǎo）護渣層（céng）中；在鎂鈣質耐（nài）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。

鎂鈣質耐火材料（liào）的抗侵蝕性能（néng）：梁義兵等人采用靜態坩堝法研（yán）究3種不鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白（bái）雲石（shí）磚抗高（gāo）堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部（bù）分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高（gāo）堿度（dù）渣侵蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的（de）侵蝕（shí）和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言（yán），燒成（chéng）的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材（cái）料具（jù）有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力（lì），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渣的滲（shèn）透。低堿（jiǎn）度熔渣具（jù）有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強（qiáng）溶蝕（shí）並滲透作（zuò）用。

荊州鎂磚之鎂鈣碳磚的性（xìng）能及（jí）抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類（lèi）複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有（yǒu）更好的真（zhēn）空穩（wěn）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含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣（zhā）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（fèn）別（bié）對鎂（měi）鈣碳磚及鎂碳磚的（de）侵蝕（shí）進（jìn）行實驗（yàn）。實驗結（jié）果表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生結構剝落，蝕損最嚴（yán）重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕較輕，是因（yīn）為在磚的（de）界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣（zhā）和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）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溶解（jiě），所（suǒ）以比MgO—C磚侵（qīn）蝕嚴重。

孫惠章等人研究結（jié）果表明鎂白雲石（shí）碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚（zhuān）中的CaO有利於鋼水的脫（tuō）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

潔淨鋼係指（zhǐ）鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬夾雜物不僅數量少，而且（qiě）尺（chǐ）寸很小和形態得（dé）到控製，合金元素成分（fèn）精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質（zhì）。在（zài）鋼水從冶煉（liàn）到精煉的整個（gè）過程中，耐（nài）火材料始終與鋼（gāng）水接觸，一般耐火材料對鋼水（shuǐ）或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料能淨化鋼水，除去鋼中的（de）非金屬夾雜物，而且不汙染環境。