徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純（chún）淨度，沒（méi）有考慮與（yǔ）鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的（de）淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料的理論研究和實際試（shì）驗，得出鎂（měi）鈣質材料不但不汙染鋼水，反（fǎn）而能淨化鋼水，並且也（yě）不汙染環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼包（bāo）等爐外精煉裝（zhuāng）置中（zhōng）應用日益增加。

白雲（yún）石與鎂（měi）鈣質耐火材料的特征

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

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型（xíng）或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是（shì）用鎂石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溫使用性能，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熔渣的能力越強，高溫蠕變越大（dà），抗剝落性能和（hé）脫硫、脫磷的效果越好，但抗水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能越差。因此，應該（gāi）根據爐（lú）外精煉等（děng）熱工設備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）。

白雲石質耐火材料對淨化（huà）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（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含量要求嚴格，需要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化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與（yǔ）鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除（chú）去雜質、淨化鋼水（shuǐ）的（de）功能（néng）。由於（yú）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（yuán）對白雲石質耐火（huǒ）材料（liào）進行了許多試驗研究，取得了（le）很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮（huī）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相對揮發性大大（dà）降低。因此，MgO質材料中加入一定量的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。

鋼水中的脫S反應中，要（yào）使鋼水S含量低，熔渣必（bì）須是CaO含量高（gāo）的高堿度渣，並且（qiě）鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低（dī），就要選擇氧勢盡可能低的耐火材（cái）料，Mg與Ca在高（gāo）溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的（de）氧勢也很小，因此，精煉設（shè）備應該選用鎂鈣（gài）質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的（de）熔渣有（yǒu）利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材（cái）料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐（nài）火材料的熱震穩定性高、抗渣滲（shèn）透性（xìng）好，特別是（shì）熔（róng）渣中SiO2滲（shèn）入會與（yǔ）MgO-CaO耐（nài）火材料中的CaO反應（yīng）生（shēng）成高熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關（guān）於（yú）H含量（liàng）的問題，采用真空精煉，其H主要來自（zì）熔渣或精（jīng）煉設備內襯耐火材料的（de）水（shuǐ）分及有機添加物。熱力學分（fèn）析認為：要在1200℃下長期（qī）烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼（gāng）水中（zhōng）氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料（liào）對鋼中氧含量的（de）影（yǐng）響：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材料中的（de）CaO熱（rè）力學穩定性高（gāo），具有很低的氧平（píng）衡分壓，在（zài）鋼水中（zhōng）的（de）溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的（de）有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳（lín）等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣（gài）質耐火材料的脫S效果。結果表明（míng）：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好（hǎo），脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼（gāng）包獲得有效的脫S效果，使用白雲石（shí）質鋼包內襯（chèn）是很必（bì）要（yào）的，這樣一方麵可（kě）以盡可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件下鋼包渣導致耐火（huǒ）材料的過度消耗。

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（wéi）25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低（dī）到0.01%，進（jìn）一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小（xiǎo）幅度降低（dī）。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水（shuǐ）顯著（zhe）增（zēng）C，當同（tóng）一製品第（dì）二次使用時，鋼水僅發生輕微（wēi）增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水（shuǐ）分以及其中的有（yǒu）機（jī）粘結劑會對鋼水中的H含量產（chǎn）生顯（xiǎn）著影響。連鑄過（guò）程中，鋼包和中（zhōng）間（jiān）包係統中使用保護套管保護主流時，有機（jī）粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低（dī）鋼水的吸H量。

耐（nài）火材料對鋼中N(氮（dàn）)含量的（de）影響（xiǎng）：傳統耐火材料N含量很低，近（jìn）年來氮化物（wù）在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護（hù）套管非常重（chóng）要，連鑄的增N點就是長水（shuǐ）口保護，此（cǐ）處增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水（shuǐ）中夾雜物的影響：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（xiǎng），實驗表明：在反應30min的情況下，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夾雜物數量（liàng）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的複合化合物，熔點（diǎn）約為1400℃左右，可有（yǒu）效（xiào）地去除（chú）鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應（yīng）生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂（měi）鈣質耐火材料表麵，形成保（bǎo）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（céng）中（zhōng）；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物（wù）的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質（zhì）耐（nài）火（huǒ）材料的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩（gān）堝法研究3種不（bú）鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果（guǒ）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（yún）石磚基質部分（fèn）致密程度高，較（jiào）不燒白雲石磚具有更好（hǎo）的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的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（zhuān）抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕（shí）性明顯好於（yú）不燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高（gāo）的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）能力（lì）好於CaO含量低的（de）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透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出（chū）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（qiáng）溶蝕並滲透（tòu）作用（yòng）。

濮陽鎂磚之鎂鈣（gài）碳磚的性能及抗侵（qīn）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（zhuān）的特性外，鎂鈣（gài）碳磚比鎂碳磚具有更好的真（zhēn）空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的（de）性能同（tóng）時取決（jué）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（yuè）好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研（yán）究：崔（cuī）淑賢等（děng）人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂（měi）鈣（gài）碳磚及鎂碳磚（zhuān）的侵蝕（shí）進行實驗。實驗結（jié）果表明：初期（qī）渣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，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕較輕，是因為在（zài）磚的界麵上產生了（le）C2S保護（hù）層；可是中（zhōng）期渣和終期（qī）渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶（róng）解，所以比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白（bái）雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗（kàng）酸性（xìng）熔渣（zhā）能（néng）力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼（gāng）的電爐（lú）爐（lú）襯（chèn）。

白雲石質耐火材料（liào）對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常（cháng）少，非金屬夾雜物不僅數（shù）量少（shǎo），而且尺寸很小和形態得（dé）到控製，合金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（cóng）冶煉到精煉的整個過程中，耐（nài）火材（cái）料始終與鋼（gāng）水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染（rǎn），唯有白雲石質即（jí）鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且（qiě）不汙染環境。