徐平坤

以前，從煉鋼工藝的（de）角度研（yán）究提高鋼的純淨（jìng）度，沒有（yǒu）考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼（gāng）水產（chǎn）生（shēng）汙（wū）染。可是通過（guò）對白雲石質（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，反而能淨化鋼水，並且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應（yīng）用日益（yì）增加。

白雲石與鎂鈣（gài）質耐（nài）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（měi）鈣質耐（nài）火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂（měi）白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白（bái）雲石（shí）質耐火材料是（shì）指全部用煆燒或電熔的白（bái）雲（yún）石做原料的（de）定型或（huò）不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石（shí）與（yǔ）白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質（zhì）製（zhì）品的高溫使用（yòng）性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強（qiáng），高溫蠕（rú）變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷（lín）的效果越好，但抗水化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應（yīng）該根（gēn）據爐外精煉等熱工設備的（de）不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐（nài）火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的（de）影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量（liàng）要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及（jí）脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣（gài）質耐火材料中的遊（yóu）離CaO，易與（yǔ）鋼水中的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。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外（wài）精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材料（liào）。近年來，為了淨化（huà）鋼水、延長爐襯壽命、降（jiàng）低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行（háng）了許（xǔ）多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條（tiáo）件下容易（yì）揮發，而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影響（xiǎng）的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發（fā）性大大降（jiàng）低。因此，MgO質材料（liào）中加入一定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在高溫真空（kōng）條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼（gāng）水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低（dī），熔渣必須是CaO含量高的高堿（jiǎn）度渣（zhā），並（bìng）且鋼水中溶解（jiě）的O含量（liàng）盡可能要低（dī）。要使O含量低（dī），就要（yào）選擇氧勢盡可能低的耐火（huǒ）材料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態（tài）存在，在鋼水中的溶解度（dù）很小，而（ér）CaO的氧勢也很小，因此（cǐ），精煉（liàn）設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高（gāo）不利於脫P，但鋼包中采用CaO含（hán）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（huǒ）材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的（de）熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔（róng）渣中SiO2滲（shèn）入會（huì）與MgO-CaO耐（nài）火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層（céng），從而抑製熔渣的滲透。

關（guān）於H含量的（de）問題，采用真空精煉，其（qí）H主要來自熔渣（zhā）或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機（jī）添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤（kǎo），充分排除其中的水分，就不存（cún）在（zài）鋼水中氫（H）含量增高問（wèn）題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐（nài）火材料對鋼中氧含（hán）量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性（xìng）高（gāo），具有很低的氧平衡分壓，在（zài）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的影響：田琳等人（rén）試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反（fǎn）應（yīng），檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果（guǒ）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，出現“回S”現象。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（chèn）是很必要（yào）的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包（bāo）內襯（chèn）的（de）再氧化能力，另一方（fāng）麵可以避免強還原條件（jiàn）下鋼包渣導致（zhì）耐火材料的過（guò）度消耗。

耐火材料對鋼中P含（hán）量的影（yǐng）響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實（shí）驗結果表明：當（dāng）澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原（yuán）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。

耐火（huǒ）材料對（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（zēng）C，當同一製品第（dì）二次使用時，鋼水僅發生輕微（wēi）增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火材料中的水分以（yǐ）及其中（zhōng）的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著（zhe）影響。連鑄過程中（zhōng），鋼包和中間包係統中使（shǐ）用（yòng）保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤（kǎo），能有（yǒu）效地降低鋼（gāng）水的吸（xī）H量。

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含（hán）量很（hěn）低，近年來氮化物在耐火（huǒ）材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更（gèng）大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄（zhù）的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼（gāng）水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線（xiàn）鋼鋼（gāng）水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況（kuàng）下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水（shuǐ）中的夾雜物，其餘（yú）的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點化合物（wù）被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵上剝落下來上浮至（zhì）保（bǎo）護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能（néng）力越強。

鎂（měi）鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁（liáng）義兵（bīng）等（děng）人采用靜態坩堝法研究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）的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強（qiáng）。燒成白雲石（shí）磚基質（zhì）部分致密程度高，較不燒（shāo）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（zhǒng）磚（zhuān）的侵蝕和（hé）滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明顯好（hǎo）於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成（chéng）鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低（dī）的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的（de）侵蝕和（hé）滲透能力，這是（shì）因為（wéi）渣與鎂鈣材（cái）料作用析出C3S，使（shǐ）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，主要是熔渣對基質的強溶蝕並（bìng）滲透作用（yòng）。

渝中鎂磚之鎂鈣碳磚的（de）性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚（zhuān）具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能（néng）同時取決於CaO及C的含（hán）量（liàng）。CaO含量（liàng）越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好（hǎo）；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂（měi）鈣碳磚的抗侵蝕研（yán）究：崔淑賢等（děng）人采用煉鋼轉爐（lú）的初期渣、中期（qī）渣（zhā）和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗（yàn）。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產（chǎn）生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）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（yīn）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（shí）碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣（zhā）能力（lì）強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫（tuō）O、脫（tuō）S、脫P等，適合冶煉鋼（gāng）的電爐爐襯。

白雲石質耐火材（cái）料對潔淨鋼（gāng）的影響

潔淨鋼係指鋼中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含量非常（cháng）少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金（jīn）元素成分精準並（bìng）且分布均（jun1）勻，使鋼材具有高（gāo）性能、高品質。在鋼水從冶煉到精（jīng）煉的整個過程（chéng）中，耐火材料始終與鋼（gāng）水接觸，一般耐火材（cái）料對鋼水或多或少總（zǒng）有（yǒu）些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣（gài）質耐火材料能淨化（huà）鋼水，除去鋼（gāng）中的非金屬夾雜物，而且（qiě）不汙（wū）染環境。