徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與（yǔ）鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會（huì）對（duì）鋼（gāng）水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料的（de）理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材（cái）料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包（bāo）等爐外精（jīng）煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

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

其（qí）中，白雲石質耐火（huǒ）材（cái）料是指全部用煆燒或（huò）電熔的白雲石做原料的定型或不（bú）定形耐火（huǒ）材料；鎂白（bái）雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石與白雲石（shí）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（hé）抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變（biàn）越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗（kàng）水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差（chà）。因此，應該根據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（nài）火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊（shū）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（liàng）要求嚴格，需要（yào）爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜（zá）物以及脫氣、調整化學成分和均勻（yún）化（huà）等。鎂鈣質耐（nài）火材料中（zhōng）的遊（yóu）離CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等（děng）雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除（chú）去雜質（zhì）、淨化鋼水（shuǐ）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（lú）外（wài）精煉冶煉潔淨鋼（gāng）、純淨鋼（gāng）、特殊鋼等（děng）設（shè）備的耐火（huǒ）材料。近年來，為（wéi）了淨化鋼水、延長（zhǎng）爐襯壽（shòu）命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材（cái）料（liào）進行了許（xǔ）多試驗研究，取得了很好（hǎo）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（xiǎng）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（zhì）成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在高溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐火材（cái）料更合適。

鋼水中的脫S反應（yīng）中（zhōng），要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水（shuǐ）中溶解的O含量盡（jìn）可能要低（dī）。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，而CaO的氧勢也很（hěn）小，因此，精煉設備應該選用鎂（měi）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（yǒu）利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料（liào）同樣也（yě）有利（lì）脫P。

鎂鈣質耐火材料的（de）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）化合物C2S或（huò）C3S,形成保（bǎo）護層，從而（ér）抑製熔渣的滲透。

關於H含（hán）量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水（shuǐ）分及（jí）有機添加（jiā）物（wù）。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，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（duì）鋼水性（xìng）能的影響

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

耐火材料對（duì）鋼中S的（de）影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚（zhuān）與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下（xià），反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫（tuō）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（gāng）包內襯是很必要的（de），這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原條件下鋼包渣導致耐火（huǒ）材（cái）料的過度消耗。

耐火材料（liào）對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼（gāng）中P含（hán）量的影響。實驗結果表（biǎo）明：當澆注料（liào）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（tí）高（gāo）CaO含量，鋼中P含量（liàng）僅有小幅度降低。

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

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料（liào）中的水分以及（jí）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（jiān）包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸（xī）H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸（xī）H量。

耐（nài）火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材（cái）料中應用受到關注（zhù），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，保護套管非常重要，連鑄（zhù）的增N點就是長水（shuǐ）口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對（duì）鋼水中夾雜物的影響：田（tián）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（shí）驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣（gài）質耐火材料能（néng）去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料（liào）均使鋼水夾雜物數量增加。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Ca12Al4O3的複合化（huà）合物（wù），熔點約為1400℃左右，可有效（xiào）地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高（gāo）熔點（diǎn）化合（hé）物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵（miàn），形成保護層，或者從鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在（zài）鎂（měi）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。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等（děng）人采用（yòng）靜（jìng）態坩堝法研究3種不鏽鋼冶（yě）煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲（yún）石磚抗高（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堿（jiǎn）度渣侵蝕性。堿度較低（dī）的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕（shí）性明顯好（hǎo）於不燒鎂鈣磚，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（gài）磚。鎂鈣質材料具有良好（hǎo）的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣（zhā）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透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

昆明鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂（měi）鈣磚的特性外，鎂（měi）鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定（dìng）性、抗熱（rè）震性（xìng）。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（kàng）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（bāo）落（luò）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（zhōng）期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚（zhuān）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（zhuān）高7.3%，是因為MgO—C磚產（chǎn）生結構剝落，蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在（zài）磚的界（jiè）麵上（shàng）產生了C2S保護層（céng）；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的（de）蝕損率反而（ér）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），所以比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人（rén）研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定（dìng）性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫（tuō）P等，適合冶煉（liàn）鋼的（de）電爐爐（lú）襯。

白雲（yún）石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔（jié）淨鋼係（xì）指（zhǐ）鋼中有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小（xiǎo）和形態得（dé）到控製，合金元素成（chéng）分（fèn）精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質（zhì）。在鋼水從冶煉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（cái）料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白（bái）雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的（de）非金屬夾雜物，而且不汙染環境。