徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的（de）純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材（cái）料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼（gāng）水產（chǎn）生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材（cái）料的理（lǐ）論研究和實際試驗，得出（chū）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（de）特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物（wù）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（huǒ）材料、鎂鈣質耐火（huǒ）材料。

其中，白雲石質耐（nài）火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定（dìng）型或不定形耐火材料（liào）；鎂白雲（yún）石和鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）是（shì）用鎂石與白雲石合成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含量的變化影響（xiǎng）鎂（měi）鈣質製品的（de）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（lì）越強，高溫蠕變越大，抗剝落（luò）性能和脫（tuō）硫（liú）、脫磷的效果越好，但抗水（shuǐ）化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能越差。因此（cǐ），應該根據爐外精煉（liàn）等熱工設備的不（bú）同部（bù）位使用條件，合（hé）理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質（zhì）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等夾雜物的含量要求嚴格，需（xū）要爐（lú）外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整（zhěng）化學成（chéng）分和（hé）均勻化（huà）等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼（gāng）水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去（qù）雜質、淨化鋼水（shuǐ）的功能。由（yóu）於CaO的氧勢很（hěn）低（dī），鎂鈣質（zhì）耐火材料也適合用於冶（yě）煉（liàn）低氧（yǎng）鋼，是爐外精煉冶煉（liàn）潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火（huǒ）材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消（xiāo）耗，研究人員對白（bái）雲石質耐火材料進行了（le）許（xǔ）多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容（róng）易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮發性是有影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相（xiàng）對揮發性（xìng）大大降低（dī）。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質（zhì）耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火（huǒ）材料更合（hé）適。

鋼水中的脫S反應中，要（yào）使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿（jiǎn）度渣，並（bìng）且鋼水中溶（róng）解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就（jiù）要選（xuǎn）擇氧勢盡可能低的耐火材（cái）料，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，因此，精（jīng）煉（liàn）設備應（yīng）該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫（tuō）P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高（gāo）的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量（liàng）高的鎂鈣質耐火材料同樣也有（yǒu）利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱（rè）震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔（róng）點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而（ér）抑製熔（róng）渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉（liàn），其H主要來（lái）自熔渣或（huò）精煉設備內襯耐火材料的水分及有機（jī）添加物。熱力學分析（xī）認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量（liàng）增高問題。

鎂鈣質耐（nài）火材料對鋼水性能的影響

耐火材料（liào）對鋼中（zhōng）氧含量的影響：王龍光等（děng）人認為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，在鋼水中的溶解度很小，被（bèi）認（rèn）為是防止鋼（gāng）水增氧的有（yǒu）效（xiào）材料。

耐火（huǒ）材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的（de）脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效（xiào）果更好，脫S率達70.12%；超過（guò）45min，脫S率降低，出現“回（huí）S”現象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效（xiào）的脫S效果，使用（yòng）白雲石質鋼（gāng）包（bāo）內襯是（shì）很必要的（de），這樣一方麵可以（yǐ）盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還（hái）原條件（jiàn）下鋼包渣（zhā）導致耐火材料的過度消耗（hào）。

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（zhōng）w（CaO）為25%時，鋼（gāng）中P含（hán）量大幅度（dù）降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進（jìn）一步提高（gāo）CaO含量，鋼中P含量僅有小幅（fú）度（dù）降低（dī）。

耐火材料對鋼（gāng）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（tóng）一製品第二次使（shǐ）用（yòng）時，鋼水僅發生輕微增C。

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

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳統耐火（huǒ）材料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分解對鋼水造成增N。更（gèng）大的（de）增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此（cǐ）處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼（gāng）水潔（jié）淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿（jiǎn）性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐（nài）火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，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)高熔點化合物被吸附（fù）鎂鈣質耐（nài）火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料表（biǎo）麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的活性CaO含量越高，吸（xī）附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜（jìng）態（tài）坩堝法研究（jiū）3種不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量（liàng）高的白雲石磚抗高（gāo）堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基（jī）質部分致密程（chéng）度高，較不燒白雲石磚（zhuān）具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的（de）VOD爐渣對三種磚的侵蝕和（hé）滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成（chéng）的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕性明顯好於（yú）不燒鎂（měi）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含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良（liáng）好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂（měi）鈣材料（liào）作用析出C3S，使材料表層（céng）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（yào）是熔渣對基質的強溶蝕並滲透（tòu）作（zuò）用。

石（shí）柱鎂磚之鎂鈣碳磚的性能（néng）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。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳磚具有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱震（zhèn）性。鎂（měi）鈣碳磚的性能同時取決於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（guǒ）也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼（gāng）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。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重（chóng）；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磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為其在高（gāo）溫中及被渣中∑FeO溶解，所以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表（biǎo）明鎂白雲石（shí）碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定（dìng）性好，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（tuō）P等，適合（hé）冶煉鋼的電爐（lú）爐襯。

白雲石質耐（nài）火（huǒ）材料對潔淨鋼（gāng）的影（yǐng）響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少（shǎo），而且尺寸很小（xiǎo）和形態得到控製，合（hé）金（jīn）元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品（pǐn）質。在鋼水從冶煉到精煉的（de）整（zhěng）個過程中，耐火材（cái）料始終與鋼水接（jiē）觸，一般耐火材（cái）料對鋼水（shuǐ）或多或少總有些（xiē）汙染，唯有白雲石（shí）質即鎂鈣質耐火（huǒ）材料能淨化鋼水，除去鋼中的（de）非（fēi）金屬夾雜物，而且不汙染（rǎn）環境。