徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度（dù）研究（jiū）提高鋼的純淨（jìng）度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對（duì）鋼水的淨化（huà）作用，總（zǒng）是認為（wéi）耐（nài）火材料或多或少地會對鋼（gāng）水產（chǎn）生汙染。可是通過對白（bái）雲石（shí）質（zhì）（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際（jì）試驗，得出鎂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（nài）火材料主要包括白雲石質耐（nài）火材料、鎂白雲石質（zhì）耐（nài）火材料、鎂鈣質耐火材（cái）料。

其中（zhōng），白雲石質耐火材（cái）料是指全部用煆（duàn）燒或電熔的白雲石（shí）做原（yuán）料的定（dìng）型或（huò）不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂（měi）鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材（cái）料。MgO、CaO含量的變化影響（xiǎng）鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和（hé）抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落（luò）性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越（yuè）差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合（hé）理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐（nài）火材料對淨化鋼水作用的影（yǐng）響

潔（jié）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（zá）物（wù）以及脫氣、調整化學（xué）成分和均勻化等（děng）。鎂鈣質耐火材料中的遊離（lí）CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應（yīng），使其轉移到爐渣中，具有除去雜（zá）質、淨化鋼（gāng）水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也（yě）適合用於冶（yě）煉低氧鋼，是爐外精煉冶（yě）煉潔淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊鋼等（děng）設備的耐火材料。近年來，為了淨化（huà）鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低（dī）耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火（huǒ）材料進行（háng）了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大（dà）降（jiàng）低。因（yīn）此，MgO質材料中加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在高（gāo）溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中（zhōng）的脫S反應（yīng）中，要使鋼（gāng）水（shuǐ）S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水（shuǐ）中（zhōng）溶（róng）解的O含量盡可能要低。要使（shǐ）O含量低，就要選擇氧勢盡（jìn）可能低的耐（nài）火材（cái）料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解（jiě）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料。溫度升高（gāo）不利（lì）於（yú）脫P，但鋼（gāng）包中采用CaO含量高即（jí）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（yàng）也有利脫P。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的熱震（zhèn）穩（wěn）定性高、抗渣滲（shèn）透性好，特別是熔渣（zhā）中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生（shēng）成高熔（róng）點化合物C2S或C3S,形成保（bǎo）護（hù）層，從而抑製熔渣的滲（shèn）透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設（shè）備內（nèi）襯耐火材料的水分及有（yǒu）機添加物。熱力學分析認為：要在（zài）1200℃下長期烘（hōng）烤，充分排除（chú）其中的水分，就不存在鋼（gāng）水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼（gāng）水性能的影響

耐（nài）火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認（rèn）為（wéi）MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在（zài）鋼水中的溶解度很（hěn）小（xiǎo），被認為是防止鋼水增氧的有（yǒu）效材料。

耐火材（cái）料對鋼中S的影響：田琳等人試驗（yàn）研究鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的反應，檢（jiǎn）驗鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料的脫S效果。結果表（biǎo）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。為了使鋼包獲得（dé）有效的（de）脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必（bì）要的，這（zhè）樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能（néng）力，另（lìng）一方麵可以避（bì）免強還原條件下鋼包渣導致（zhì）耐火材料的過（guò）度消（xiāo）耗。

耐火材料對鋼（gāng）中P含量的影響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結（jié）果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含（hán）量（liàng）大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅（fú）度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影（yǐng）響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著（zhe）增C，當同一製（zhì）品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的（de）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（bāo）和中（zhōng）間包係統中使用保護套（tào）管保護主流時（shí），有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤（kǎo），能有效地降低鋼水的（de）吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮（dàn）)含（hán）量的影（yǐng）響：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（yīng）用受（shòu）到關注，如（rú）Sialon分解對鋼水造（zào）成增N。更大的增N量在（zài）鋼包與中（zhōng）間包之間，保護套管非（fēi）常重要，連（lián）鑄的增N點就是長水口（kǒu）保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料對鋼水中（zhōng）夾雜物的影響：田琳等人研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料（liào）對管線鋼鋼水潔淨化的影響，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（jiá）雜物，其餘的堿（jiǎn）性（xìng）耐火材料均使鋼水夾雜物數（shù）量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反應（yīng），如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的（de）複（fù）合化合物，熔點（diǎn）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（hé）物被吸附鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵，形成保護層，或者從（cóng）鎂鈣質耐火材料（liào）表麵上剝（bāo）落下來上浮至保護（hù）渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水（shuǐ）中夾雜物的能力越強。

鎂（měi）鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩（gān）堝（guō）法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂（měi）鈣磚的抗渣（zhā）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較強。燒成白雲石（shí）磚基質部（bù）分致密程度高，較不燒白（bái）雲（yún）石磚具（jù）有更好的抗高（gāo）堿度（dù）渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐（lú）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（měi）鈣磚抵抗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（gài）磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質（zhì）材料（liào）具有良好的抵抗高（gāo）堿度熔渣的侵蝕和滲透能力（lì），這是因為渣與鎂（měi）鈣（gài）材料作用析出C3S，使材料表層致（zhì）密化（huà）而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有（yǒu）較強的侵（qīn）蝕和滲（shèn）透能力，主要是熔渣對基質的（de）強溶蝕並滲透作用。

黔南鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的性能（néng）及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚（zhuān）的（de）特性（xìng）外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含（hán）量越高，抗剝落性能（néng）越好，淨化鋼（gāng）水的效果也越好（hǎo）；C含量越高，抗渣侵蝕和抗（kàng）剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢（xián）等人采用煉（liàn）鋼轉爐的初期渣、中（zhōng）期渣和終期（qī）渣（zhā）分別對鎂鈣碳磚及鎂碳（tàn）磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期（qī）渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕（shí）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溶解，所以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等（děng）人研究（jiū）結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的（de）脫O、脫S、脫P等，適（shì）合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火（huǒ）材料對潔淨鋼的影響

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（ér）且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精（jīng）準（zhǔn）並且分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性（xìng）能、高（gāo）品質。在鋼水從冶煉到精煉（liàn）的（de）整個過程中，耐火材（cái）料始終與鋼水接觸，一般（bān）耐（nài）火材料對鋼水或多或少總有些汙染（rǎn），唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾雜物，而且（qiě）不汙（wū）染（rǎn）環境。