徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高（gāo）鋼的純淨度，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（huǒ）材料或多（duō）或少地會對鋼水產（chǎn）生汙染。可是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼（gāng）水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐外精（jīng）煉裝置中應用日益（yì）增（zēng）加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特（tè）征（zhēng）

白雲石（CaCO3·MgCO3）是（shì）天然礦物原料，煆燒（shāo）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（shí）質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐（nài）火材料是指全部用煆（duàn）燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂（měi）白雲石和鎂鈣質耐火（huǒ）材料是用（yòng）鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響（xiǎng）鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水（shuǐ）化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越（yuè）大，抗（kàng）剝（bāo）落性能和脫硫、脫磷的效果（guǒ）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（liàn）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（jìng）化鋼水作（zuò）用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求（qiú）嚴格，需要（yào）爐（lú）外精煉除去鋼中雜質及夾（jiá）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（děng）雜質反應，使（shǐ）其轉移到爐渣中，具有除去（qù）雜（zá）質、淨化鋼水的功能。由（yóu）於CaO的氧勢（shì）很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適（shì）合用於冶（yě）煉低氧鋼，是（shì）爐外精煉冶煉潔淨鋼（gāng）、純淨鋼、特殊鋼（gāng）等設備的耐火材料。近（jìn）年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗，研（yán）究（jiū）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在真空條件（jiàn）下容易揮發，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MgO相對揮發性大大降低（dī）。因此（cǐ），MgO質（zhì）材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高溫真空條件下使用（yòng）比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使（shǐ）鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高（gāo）堿度渣，並（bìng）且鋼水（shuǐ）中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低（dī）的耐火材（cái）料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶（róng）解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材（cái）料。溫度升高不利（lì）於脫P，但鋼包中采用（yòng）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（lì）脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性（xìng）高、抗（kàng）渣滲透性好（hǎo），特別是熔渣中SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形（xíng）成保護層，從而抑製熔（róng）渣的滲透。

關於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（shè）備內襯耐火材料的（de）水分及有機添（tiān）加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長（zhǎng）期烘（hōng）烤，充分排除其（qí）中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量（liàng）增高問題。

鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料對鋼水性能的影響

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

耐火（huǒ）材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗（yàn）研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣（gài）質耐（nài）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%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫S效果，使用白（bái）雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低（dī）鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件（jiàn）下鋼包渣導致（zhì）耐火材（cái）料（liào）的過（guò）度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當（dāng）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（gāo）CaO含量，鋼中P含量僅有小（xiǎo）幅度降低。

耐（nài）火材料對鋼水碳含量的影（yǐng）響：實驗表（biǎo）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（shēng）輕微增C。

耐火材（cái）料對鋼中H(氫（qīng）)含量的影響（xiǎng）：耐火材料（liào）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（yǐng）響。連鑄過程（chéng）中，鋼包和（hé）中間包係統中使用（yòng）保護套管保護主流時，有機粘結劑導（dǎo）致吸H。對（duì）鋼包、中間包烘烤，能有效地降（jiàng）低鋼水的吸H量（liàng）。

耐火材料（liào）對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料（liào）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（jiě）對鋼水造成（chéng）增N。更大的增（zēng）N量在鋼包與中間包之間，保（bǎo）護套管非常重要，連鑄的增N點就是長（zhǎng）水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜（zá）物（wù）的影響：田琳等人研究了鎂（měi）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（xià），隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物（wù），其餘的堿性耐火材料均使鋼水（shuǐ）夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材（cái）料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的（de）複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中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（huǒ）材料表麵（miàn）上剝落下來上浮至保（bǎo）護渣（zhā）層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量（liàng）越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物的能力（lì）越強。

鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料的抗侵蝕性能：梁（liáng）義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石（shí）磚（zhuān）具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵（qīn）蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言（yán），燒（shāo）成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕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蝕能力好於CaO含（hán）量（liàng）低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗（kàng）高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為（wéi）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透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是（shì）熔渣對基質的強溶蝕並滲透作（zuò）用。

寧波鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣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（yú）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（hǎo）；C含量越高，抗渣（zhā）侵蝕和抗剝落（luò）性能越強。

鎂（měi）鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期（qī）渣（zhā）、中期渣和終期渣分別對鎂鈣（gài）碳磚及鎂碳磚的（de）侵蝕（shí）進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕，是因為在磚的界麵上產生了（le）C2S保護層；可是（shì）中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕損率反而分別比（bǐ）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（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫（wēn）抗氧化性和熱震穩定性（xìng）好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼（gāng）水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電（diàn）爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨（jìng）鋼的影響（xiǎng）

潔淨鋼係指鋼中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量（liàng）少，而且（qiě）尺寸很小和形態得到控製（zhì），合金元素（sù）成分精（jīng）準並且分布均勻，使鋼（gāng）材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有（yǒu）些汙染，唯有白（bái）雲（yún）石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中（zhōng）的非金（jīn）屬夾雜（zá）物，而且不汙染環境。