徐平坤

以前，從（cóng）煉（liàn）鋼工藝的角（jiǎo）度研究提高鋼的純（chún）淨（jìng）度，沒有考慮與鋼水直接（jiē）接觸的（de）耐（nài）火材料對鋼水的淨化作用，總是認（rèn）為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲（yún）石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染（rǎn）鋼水，反而能淨化鋼（gāng）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（shí）與鎂鈣（gài）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。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、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（shì）指全（quán）部用（yòng）煆燒或電熔的白雲石做原料（liào）的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐（nài）火材料是用鎂石與（yǔ）白雲石合成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化（huà）能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能（néng）力越強，高溫（wēn）蠕（rú）變越（yuè）大（dà），抗剝落性能和脫（tuō）硫、脫磷的效果越好，但抗水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差。因此，應該根據爐（lú）外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲（yún）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等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格（gé），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（chéng）分和均勻化（huà）等。鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等（děng）雜質反應，使其轉（zhuǎn）移到爐（lú）渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。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（jīng）煉（liàn）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（jiàng）低耐（nài）火材料消耗，研（yán）究人員對白雲石質耐（nài）火材料進行了許多（duō）試驗研（yán）究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容（róng）易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）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。因此，MgO質材（cái）料中加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火（huǒ）材料（liào）更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的（de）高堿度渣，並且鋼水中溶解的（de）O含（hán）量盡可能要低。要使O含量（liàng）低，就要選擇氧勢盡（jìn）可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶（róng）解度（dù）很小，而（ér）CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐（nài）火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含（hán）量高即堿度高的熔渣有（yǒu）利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）同樣（yàng）也有利脫P。

鎂鈣（gài）質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性（xìng）好，特別是熔渣（zhā）中SiO2滲（shèn）入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製熔渣的滲透。

關於H含（hán）量的問題，采用真空精煉（liàn），其H主要來自熔渣或精煉設備（bèi）內襯耐（nài）火材料的水（shuǐ）分及有機添加物（wù）。熱力學分析認（rèn）為：要在1200℃下（xià）長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在（zài）鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對（duì）鋼水性（xìng）能的影響

耐火材料對（duì）鋼中氧含量的影響：王（wáng）龍光等人認（rèn）為MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力學（xué）穩定性高，具（jù）有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有（yǒu）效材料。

耐（nài）火材料對鋼中S的影響：田（tián）琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂（měi）鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在（zài）1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫（tuō）S率降低（dī），出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使（shǐ）用（yòng）白（bái）雲石質鋼包內襯是很必要（yào）的（de），這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能（néng）力，另一方麵可（kě）以避免強（qiáng）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含量的影響：匡加才研（yán）究MgO—CaO質澆（jiāo）注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表（biǎo）明：當澆（jiāo）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CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐（nài）火材料（liào）對鋼水碳含量的影響：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，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼（gāng）中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以（yǐ）及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄（zhù）過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結（jié）劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐（nài）火材料對鋼（gāng）中N(氮)含量（liàng）的影響：傳統耐火材料N含量很低（dī），近（jìn）年來氮化（huà）物在耐火材料中應用受（shòu）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（bāo）之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增（zēng）N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等（děng）人研究了鎂鈣、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（zài）反應（yīng）30min的（de）情況下，隻有鎂鈣質（zhì）耐火材料能去（qù）除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材（cái）料均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（yǔ）Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合（hé）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（shēng）成C2S(矽酸二鈣（gài）)和C3S(矽酸三鈣)高（gāo）熔點化合物被（bèi）吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保（bǎo）護層，或者從鎂鈣質耐火材（cái）料表麵上剝落（luò）下來上浮（fú）至保護渣層中；在（zài）鎂鈣（gài）質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中（zhōng）夾（jiá）雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗（kàng）侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽（xiù）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（zhuān）抗高堿度的（de）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（yún）石磚（zhuān）具有更好的（de）抗高堿度渣侵蝕性。堿（jiǎn）度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重（chóng）得多。相對而言，燒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（zhā）侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂（měi）鈣質材料具有良（liáng）好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能（néng）力，這是因為渣與（yǔ）鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑（yì）製（zhì）熔渣的（de）滲透。低堿度熔渣具有較（jiào）強的侵（qīn）蝕和滲透能力，主要是熔（róng）渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

深圳鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及（jí）抗（kàng）侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類（lèi）複雜。除（chú）具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣（gài）碳磚比鎂（měi）碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性（xìng）能同時取決於CaO及C的（de）含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的（de）效果也越（yuè）好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝（bāo）落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分（fèn）別（bié）對鎂鈣碳磚及鎂碳（tàn）磚的侵蝕進行實（shí）驗。實驗結（jié）果表明：初期渣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（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為（wéi）在磚的（de）界（jiè）麵上（shàng）產生了C2S保護層；可是中期渣（zhā）和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分（fèn）別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因（yīn）為其在（zài）高溫（wēn）中及被（bèi）渣中∑FeO溶解，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抗氧化性和熱震穩（wěn）定性好，抗（kàng）酸性熔渣能力（lì）強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫（tuō）O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對（duì）潔淨鋼的影（yǐng）響

潔（jié）淨鋼係指鋼中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且（qiě）尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使（shǐ）鋼材具有高（gāo）性能、高品質。在鋼（gāng）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（shuǐ）或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。