徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮（lǜ）與鋼水直（zhí）接接觸的耐（nài）火材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水（shuǐ）產生汙染。可是通（tōng）過對白雲石質（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（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉（liàn）裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材（cái）料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒（shāo）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（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（shì）指全部用（yòng）煆（duàn）燒（shāo）或電熔的白雲石做原（yuán）料（liào）的定型（xíng）或不定形（xíng）耐火（huǒ）材料；鎂（měi）白雲石和鎂（měi）鈣質耐火材料是用鎂石（shí）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（shǐ）用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水（shuǐ）化能力越強；CaO含量越高，抗高（gāo）SiO2熔渣（zhā）的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）能和脫硫、脫磷的（de）效果（guǒ）越好，但（dàn）抗水化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此（cǐ），應該根據爐外精煉（liàn）等熱工設備的不同部（bù）位（wèi）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鋼水作（zuò）用的影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊鋼（gāng）等對鋼（gāng）中的雜質O、S、P、C、H、N等元（yuán）素及SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含量要求嚴（yán）格，需要爐外精煉除去（qù）鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調（diào）整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火（huǒ）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（zhì）、淨化鋼水的（de）功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶（yě）煉低氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶煉潔淨鋼、純（chún）淨鋼、特殊鋼等設（shè）備的（de）耐火材料。近年來，為了淨化（huà）鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火（huǒ）材料消耗，研究人員對白雲（yún）石質耐火材（cái）料進行了許多試驗研究，取得了很好的結（jié）果（guǒ）。

MgO在（zài）真空條（tiáo）件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影（yǐng）響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩（mó）爾分（fèn）數）就可使MgO相對（duì）揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料（liào），在高溫真空條件下使用比純MgO質（zhì）耐火材（cái）料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量（liàng）低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要（yào）低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下（xià）以氣態存在，在鋼（gāng）水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因（yīn）此，精煉設備應（yīng）該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但（dàn）鋼包中采用CaO含量高即堿（jiǎn）度高的熔渣有利脫P，因（yīn）此（cǐ），用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利（lì）脫P。

鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料的（de）熱（rè）震穩定（dìng）性高、抗渣滲透性好（hǎo），特別（bié）是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的（de）CaO反應生成高熔點化合物（wù）C2S或C3S,形成保護層，從（cóng）而抑製熔渣的滲透。

關於（yú）H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自（zì）熔渣（zhā）或精煉設（shè）備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等（děng）人認為MgO—CaO耐火材（cái）料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在（zài）鋼水中的溶解度很小，被認（rèn）為（wéi）是（shì）防止鋼（gāng）水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研（yán）究（jiū）鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的反應，檢驗（yàn）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，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用（yòng）白（bái）雲石質鋼包內襯是很（hěn）必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包（bāo）內襯的再氧化能力，另一方（fāng）麵可以避免強還（hái）原條（tiáo）件（jiàn）下（xià）鋼包渣導致（zhì）耐火材（cái）料的過度消耗。

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

耐火（huǒ）材料（liào）對鋼水碳含量的影響：實驗表（biǎo）明，使用含C耐火材料，鋼（gāng）水顯著增C，當（dāng）同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材（cái）料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過（guò）程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管（guǎn）保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間（jiān）包烘烤，能（néng）有效地降低鋼水（shuǐ）的吸H量。

耐火（huǒ）材料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳統耐火材料N含量很（hěn）低（dī），近年來氮化物在（zài）耐火材料中應用受到（dào）關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的（de）增N點就（jiù）是長水口（kǒu）保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物（wù）的影響：田琳（lín）等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材（cái）料對管線（xiàn）鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在（zài）反應（yīng）30min的（de）情況下，隻有鎂鈣質耐火材（cái）料能去除鋼水中的（de）夾雜物（wù），其餘的堿性耐火材料均使鋼（gāng）水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與鎂鈣耐火材（cái）料中的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合物，熔（róng）點約為1400℃左右，可（kě）有（yǒu）效（xiào）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（wù）被（bèi）吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形（xíng）成保護層，或者（zhě）從鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；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。

鎂（měi）鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研（yán）究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗（kàng）高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲（yún）石磚基質部分致密程度高，較（jiào）不燒白雲石磚具有更好的抗（kàng）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（gāo）堿度渣嚴重得多。相對（duì）而言（yán），燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成（chéng）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質（zhì）材料具有良好的（de）抵抗高（gāo）堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材（cái）料作用析出C3S，使材（cái）料表層致密化而（ér）有效（xiào）抑製熔（róng）渣的（de）滲透。低（dī）堿度熔渣具有較強的（de）侵蝕和滲透（tòu）能力，主要是熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透（tòu）作用。

宜昌鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及（jí）抗（kàng）侵蝕的研究

鎂鈣（gài）碳磚主（zhǔ）要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳（tàn）磚（zhuān）比鎂碳磚（zhuān）具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂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，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等（děng）人采用煉鋼轉爐的初（chū）期（qī）渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚的侵蝕進行（háng）實驗。實驗結（jié）果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層（céng）；可是中期渣（zhā）和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因（yīn）為其在高溫中及被渣中（zhōng）∑FeO溶解（jiě），所（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表（biǎo）明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和（hé）熱震穩定（dìng）性好，抗酸性熔渣能（néng）力強（qiáng）；而且磚中的CaO有（yǒu）利於（yú）鋼水（shuǐ）的（de）脫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潔淨鋼的影響

潔淨（jìng）鋼係指鋼中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾（jiá）雜物不（bú）僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製（zhì），合金元素成分精準並且（qiě）分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶（yě）煉（liàn）到精煉的整（zhěng）個過程中（zhōng），耐火材料始終與（yǔ）鋼水（shuǐ）接觸，一般耐火材料（liào）對鋼水或多或少總（zǒng）有些汙染，唯有白雲石質即（jí）鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物（wù），而且不汙染（rǎn）環境。