徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用（yòng），總是認為耐火材料或多或少地會對（duì）鋼水產（chǎn）生汙染。可是通過（guò）對白雲石質（zhì）（鎂（měi）鈣質）耐火材（cái）料的理論研（yán）究和實際試驗，得（dé）出鎂（měi）鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火（huǒ）材料的特征

白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天然礦（kuàng）物原料，煆（duàn）燒後的理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為1.93。鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣（gài）質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指（zhǐ）全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定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（shí）與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高（gāo）溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣（zhā）和抗（kàng）水（shuǐ）化能力越（yuè）強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的（de）能力越強，高溫蠕變越大（dà），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。因此，應該根據爐（lú）外精煉等熱（rè）工設備（bèi）的不同部位使用條（tiáo）件，合（hé）理選（xuǎn）擇鎂（měi）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、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等（děng）夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中（zhōng）雜質及夾雜物以（yǐ）及脫氣、調整化學成分和均勻化（huà）等。鎂鈣質耐火材料中的遊（yóu）離CaO，易（yì）與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜質反應，使（shǐ）其轉移到爐渣中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶（yě）煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近（jìn）年來，為了淨化（huà）鋼（gāng）水、延長（zhǎng）爐（lú）襯壽命、降低耐火材料消耗（hào），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的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可（kě）使MgO相對揮發（fā）性大大降低（dī）。因（yīn）此，MgO質材料（liào）中（zhōng）加入（rù）一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，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（róng）渣必須（xū）是CaO含量（liàng）高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含（hán）量盡可能要低。要使O含量（liàng）低，就要選擇氧勢盡可（kě）能低的耐火材料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小（xiǎo），因此，精煉設備應（yīng）該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中（zhōng）采用CaO含量高即堿（jiǎn）度高的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料（liào）同樣也（yě）有利（lì）脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定（dìng）性高、抗（kàng）渣滲透性（xìng）好，特（tè）別是（shì）熔渣（zhā）中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應（yīng）生成高熔點化合物C2S或（huò）C3S,形成保護層（céng），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（lái）自熔渣或精煉設備內（nèi）襯耐火材料的水分（fèn）及有機添（tiān）加物。熱力學分析認為：要（yào）在1200℃下長期烘烤，充分（fèn）排除其中的水分，就不存（cún）在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料對鋼水性能的影響

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

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試（shì）驗研究鎂鈣（gài）磚與鋼水中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，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（xiàng）。為了使鋼包獲得有效（xiào）的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要（yào）的，這樣一方麵可（kě）以盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧化（huà）能力，另一方麵可以避免強還原條（tiáo）件下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度（dù）消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才（cái）研究MgO—CaO質澆注料（liào）對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：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（jiàng）低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

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

耐火材（cái）料對鋼中H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火（huǒ）材（cái）料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的（de）H含量產生（shēng）顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中（zhōng），鋼包和中間包係統中使用保（bǎo）護（hù）套管保護主流時，有機粘結劑（jì）導致吸（xī）H。對鋼（gāng）包（bāo）、中間包烘烤，能有效地降低鋼水（shuǐ）的吸（xī）H量。

耐（nài）火材料（liào）對鋼（gāng）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（zài）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（yào），連鑄的增N點就是長水口保護，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（lín）等人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻（gè）耐火材（cái）料對管線鋼鋼（gāng）水潔淨化的影響，實驗表（biǎo）明（míng）：在反應30min的情況（kuàng）下（xià），隻有鎂鈣質（zhì）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等夾雜物可與鎂鈣（gài）耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的（de）複合（hé）化（huà）合物（wù），熔點（diǎn）約為1400℃左右，可有效地去（qù）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（diǎn）化合物被吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表麵，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渣層中；在鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的（de）活性CaO含量越高，吸（xī）附鋼（gāng）水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐（nài）火材料的抗侵蝕性能：梁義（yì）兵（bīng）等人采（cǎi）用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的（de）白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比（bǐ）較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲（yún）石磚具有更（gèng）好的抗（kàng）高堿度（dù）渣（zhā）侵蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比（bǐ）高堿度（dù）渣嚴重得多。相對而（ér）言，燒成（chéng）的鎂（měi）鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕性明顯（xiǎn）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含量低（dī）的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有（yǒu）良好的抵抗高（gāo）堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材（cái）料作用（yòng）析出C3S，使材料表（biǎo）層致密化而有（yǒu）效抑製熔渣的滲透。低堿度（dù）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（shí）並滲透（tòu）作用。

普陀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（shāo）成（chéng）鎂鈣磚種類（lèi）複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震（zhèn）性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性能同（tóng）時（shí）取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落（luò）性能越好，淨化鋼水的效果也越（yuè）好（hǎo）；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、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗（yàn）。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕（shí）損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產生（shēng）結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕（qīng），是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中（zhōng）期渣和（hé）終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高（gāo）0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中（zhōng）∑FeO溶解，所以比MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴重。

孫惠章等人研（yán）究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化（huà）性和熱震穩定性好，抗酸性熔（róng）渣能力強；而（ér）且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等（děng），適合冶（yě）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（gāng）係指鋼（gāng）中有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非（fēi）常少，非（fēi）金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小（xiǎo）和形態得到（dào）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（yě）煉到精煉的整個過程中，耐火材料（liào）始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼（gāng）水或多或少總有（yǒu）些汙染，唯有白雲（yún）石（shí）質即（jí）鎂鈣質耐火材（cái）料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。