徐平坤

以（yǐ）前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼（gāng）的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或（huò）少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲（yún）石質（鎂鈣質）耐火材料的（de）理論研究（jiū）和實際試驗，得出（chū）鎂（měi）鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且（qiě）也不汙（wū）染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用（yòng）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（yuán）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（zhì）耐火材料主要包括白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全（quán）部用煆燒（shāo）或電熔的白雲石做原料的定（dìng）型或不定形（xíng）耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是（shì）用（yòng）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（pǐn）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（yuè）強；CaO含量（liàng）越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越（yuè）大，抗（kàng）剝落（luò）性能（néng）和脫硫、脫磷的效果越（yuè）好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該（gāi）根據爐外精煉等熱工（gōng）設（shè）備的（de）不同部位使用條件，合理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐火材料對淨化鋼水作用（yòng）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SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中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，易與鋼水中的S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜（zá）質、淨化鋼水的功能（néng）。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（jié）淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年（nián）來，為了淨（jìng）化（huà）鋼水、延（yán）長（zhǎng）爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研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（hěn）好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是（shì）有影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可使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製成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在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（yīng）中，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（gāng）水中溶解的O含（hán）量盡可能（néng）要低。要使O含量低，就要選（xuǎn）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的氧勢也很小，因此，精煉設備（bèi）應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度（dù）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（hán）量高的鎂鈣質（zhì）耐火材料同（tóng）樣也有（yǒu）利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震（zhèn）穩定性高、抗渣滲透（tòu）性（xìng）好，特別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入會與MgO-CaO耐（nài）火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其（qí）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（gài）質耐火材料對鋼水性能的影響

耐（nài）火材料對（duì）鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力（lì）學穩定（dìng）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（gāng）水（shuǐ）增氧的有效材料。

耐火材料（liào）對鋼中S的影響：田琳等人試驗研（yán）究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更（gèng）好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象（xiàng）。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包（bāo）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材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含（hán）量的影響：匡加（jiā）才研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中（zhōng）P含量的影響。實驗結果表明：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時（shí），鋼中（zhōng）P含量大幅度（dù）降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量（liàng），鋼中P含量僅有小幅度（dù）降低。

耐火材料（liào）對鋼（gāng）水（shuǐ）碳含量的影響：實驗表明，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（fā）生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的（de）水分以及其中的有（yǒu）機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響（xiǎng）。連鑄（zhù）過程中，鋼包和中（zhōng）間包係（xì）統中使（shǐ）用保護套管保護主流時，有機粘結劑（jì）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（nài）火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很（hěn）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（jiān），保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水（shuǐ）口保護（hù），此（cǐ）處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響（xiǎng）：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔（jié）淨化的影響，實驗表明：在反應（yīng）30min的（de）情況（kuàng）下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中（zhōng）的夾雜物（wù），其餘的堿性耐火材料均（jun1）使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的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，可有效地去（qù）除（chú）鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材（cái）料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護（hù）渣（zhā）層中（zhōng）；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量（liàng）越高，吸（xī）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：梁義兵等人采用（yòng）靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得（dé）出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透（tòu）能力比較強。燒成白雲石（shí）磚（zhuān）基質部分致密程（chéng）度高，較不燒（shāo）白雲石磚具有更好的抗高堿度（dù）渣侵蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐渣對三種（zhǒng）磚的侵蝕和（hé）滲透比高堿度渣嚴（yán）重得（dé）多。相對而言（yán），燒成的鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣（gài）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的侵蝕和滲（shèn）透能力，這（zhè）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抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵（qīn）蝕和滲透能力，主要（yào）是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

隴南鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕（shí）的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類（lèi）複雜。除具備鎂鈣磚的特性（xìng）外，鎂鈣碳（tàn）磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定（dìng）性、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的（de）性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含（hán）量越高，抗剝落性能越（yuè）好，淨化鋼水的效果也越（yuè）好；C含量越高，抗（kàng）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（zhuān）及（jí）鎂碳磚的侵（qīn）蝕進行（háng）實驗。實（shí）驗結果表（biǎo）明：初期渣（zhā）MgO—C磚蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕（shí）損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反（fǎn）而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中（zhōng）∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴重（chóng）。

孫惠章等（děng）人研（yán）究結果表明（míng）鎂白雲石碳磚高溫抗（kàng）氧化性和熱震穩定性好，抗酸（suān）性熔渣能力強；而且（qiě）磚中的CaO有利於鋼水（shuǐ）的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電（diàn）爐爐襯。

白雲石（shí）質耐火材料對潔淨鋼的影響（xiǎng）

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非（fēi）常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺（chǐ）寸很小（xiǎo）和形（xíng）態得到控製，合金（jīn）元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精（jīng）煉的整個過程中，耐火材料始終與（yǔ）鋼水接觸，一般耐火（huǒ）材料（liào）對鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。