徐平坤

以前，從（cóng）煉（liàn）鋼工藝的角度研究提（tí）高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認（rèn）為耐火材料或（huò）多或少地會對鋼水產（chǎn）生汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理（lǐ）論研究和實際試驗，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（yún）石與鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料的特征

白雲石（shí）（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（yào）包括白（bái）雲石質耐火材料、鎂白（bái）雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中（zhōng），白雲石質耐火材料是指全（quán）部用煆燒或電熔的白雲石做（zuò）原料的定（dìng）型（xíng）或（huò）不（bú）定形耐火材料（liào）；鎂（měi）白（bái）雲（yún）石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與（yǔ）白（bái）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含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和抗水化能力越強（qiáng）；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越（yuè）大，抗剝落性能（néng）和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應（yīng）該（gāi）根據爐外（wài）精煉等熱工設備的不同（tóng）部位使用條（tiáo）件，合（hé）理選擇鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）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，需要爐外精煉除去鋼中雜（zá）質及夾雜（zá）物以（yǐ）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，易與鋼水中的S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於（yú）CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用（yòng）於（yú）冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材料。近（jìn）年來，為了（le）淨化鋼水、延長爐襯壽命、降（jiàng）低（dī）耐火材料消耗，研究人員（yuán）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（róng）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（jiù）可（kě）使MgO相對（duì）揮發（fā）性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的（de）CaO製成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在高溫真空條件下使用比純（chún）MgO質耐火材料更合適。

鋼水（shuǐ）中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水（shuǐ）中溶解的O含量盡可（kě）能（néng）要低。要使O含量低，就要選（xuǎn）擇氧（yǎng）勢盡可能（néng）低的耐火材料，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）煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利（lì）於（yú）脫P，但鋼包（bāo）中（zhōng）采用CaO含量高即堿度（dù）高（gāo）的熔渣有利（lì）脫P，因此，用（yòng）CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是（shì）熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火（huǒ）材料中（zhōng）的CaO反應生成高熔（róng）點化合物（wù）C2S或C3S,形成保（bǎo）護（hù）層，從（cóng）而抑製熔渣的滲透（tòu）。

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備內襯耐火材（cái）料的水分及有機添加（jiā）物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水（shuǐ）分，就不存在鋼（gāng）水（shuǐ）中氫（H）含（hán）量增高問題（tí）。

鎂鈣質耐火材料對鋼水（shuǐ）性能的影（yǐng）響

耐火（huǒ）材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學（xué）穩定性高，具（jù）有很低（dī）的氧平衡分（fèn）壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影（yǐng）響：田琳等人（rén）試驗研（yán）究鎂鈣磚與鋼水中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，出（chū）現（xiàn）“回S”現象（xiàng）。為了使（shǐ）鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化（huà）能力，另一方麵可以避（bì）免強還原條件下鋼包渣（zhā）導致耐火材料的過度消（xiāo）耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中P含量的（de）影響。實驗結果表明：當澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的（de）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。

耐火（huǒ）材料（liào）對（duì）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（yòng）時，鋼水僅發生輕微（wēi）增（zēng）C。

耐火材料對（duì）鋼中H(氫)含量的影響：耐火（huǒ）材料中的水分（fèn）以（yǐ）及其（qí）中（zhōng）的有機粘結（jié）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（jiān）包係統中（zhōng）使用保（bǎo）護套管保護主流時，有機粘結劑導（dǎo）致吸（xī）H。對鋼（gāng）包（bāo）、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮（dàn）)含量的影響：傳統耐火材料（liào）N含（hán）量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用（yòng）受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間（jiān）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：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火材（cái）料對（duì）管（guǎn）線（xiàn）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雜（zá）物，其餘的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（yǔ）鎂鈣耐火材料中的CaO反應（yīng），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（sān）鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層（céng），或者從鎂鈣質耐火材（cái）料表（biǎo）麵上剝（bāo）落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的（de）活性CaO含量越高，吸附（fù）鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等人（rén）采（cǎi）用靜態坩堝法研（yán）究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高（gāo）的白（bái）雲石磚抗高堿度的（de）AOD渣（zhā）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，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚（zhuān）的侵蝕和滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴重得多（duō）。相（xiàng）對而言（yán），燒成的鎂鈣（gài）磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕性明顯好於不（bú）燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的燒成鎂（měi）鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質（zhì）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C3S，使材料表層致（zhì）密化（huà）而有效抑（yì）製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較（jiào）強的侵（qīn）蝕和（hé）滲透能力，主要是熔渣對基質（zhì）的（de）強溶蝕（shí）並滲（shèn）透作用（yòng）。

武漢鎂（měi）磚之（zhī）鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研（yán）究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備（bèi）鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳（tàn）磚具有更好的真空穩定性、抗熱（rè）震性。鎂鈣碳磚的性能同（tóng）時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也（yě）越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落（luò）性能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用（yòng）煉鋼轉爐的初期渣、中（zhōng）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（qī）渣MgO—C磚蝕損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產生結構剝落，蝕損（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護（hù）層（céng）；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕損率反而分別比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比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（gāo）溫抗氧化性和熱震穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利（lì）於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉（liàn）鋼的電爐（lú）爐襯。

白雲石質耐火（huǒ）材料對潔淨（jìng）鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中（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，而且尺（chǐ）寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品質。在鋼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（liào）對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而（ér）且不汙染環境。