徐平坤

以前（qián），從煉鋼（gāng）工藝的角度研究提高（gāo）鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的（de）耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火（huǒ）材料或多或少地會對鋼水產生汙（wū）染（rǎn）。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料（liào）的理論研究（jiū）和實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染（rǎn）鋼水，反（fǎn）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（zhōng）應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

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（nài）火材料主（zhǔ）要包括白雲石質耐火材（cái）料（liào）、鎂（měi）白雲石質（zhì）耐火（huǒ）材料、鎂鈣（gài）質耐火材料。

其中，白雲石質耐火（huǒ）材料是指全部（bù）用煆燒或電熔的（de）白（bái）雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂（měi）白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火（huǒ）材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響鎂鈣質製品的高溫（wēn）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熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷（lín）的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨（jìng）化鋼水作（zuò）用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中（zhōng）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質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的（de）遊（yóu）離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質（zhì）反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於（yú）CaO的氧勢（shì）很（hěn）低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶（yě）煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料（liào）。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材（cái）料消耗，研究人員對白雲石（shí）質耐火材料進行了許多（duō）試驗研（yán）究，取得了很（hěn）好的結果。

MgO在真（zhēn）空條件下容易揮發，而CaO對MgO的（de）揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數（shù））就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加（jiā）入一定量的CaO製成（chéng）MgO—CaO質（zhì）耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料（liào）更合適。

鋼水中的脫S反應中，要（yào）使（shǐ）鋼水S含量低（dī），熔渣必須是CaO含量高（gāo）的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡（jìn）可（kě）能要低。要使O含量低，就要選擇（zé）氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小（xiǎo），因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中（zhōng）采用（yòng）CaO含（hán）量高即堿度高的熔渣有利（lì）脫（tuō）P，因此，用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（de）熱震穩定性（xìng）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反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的（de）滲透。

關於H含量的問題，采（cǎi）用真空精（jīng）煉，其H主要來自（zì）熔渣或精煉設備內襯（chèn）耐（nài）火材料的水分及有機（jī）添加物。熱力學分析認為（wéi）：要在1200℃下長期烘烤，充（chōng）分排除其中的水分，就不存在鋼水中（zhōng）氫（qīng）（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（cái）料對鋼中氧含量（liàng）的影響（xiǎng）：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定（dìng）性高，具有很低的氧平衡（héng）分（fèn）壓，在鋼水中的溶（róng）解度很（hěn）小，被認（rèn）為是防止鋼水增氧（yǎng）的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等（děng）人試驗研究鎂鈣磚（zhuān）與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢（jiǎn）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，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得（dé）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（kě）以盡可能降低鋼（gāng）包內襯的再氧化能力，另一（yī）方麵可以避免強還原條件下鋼（gāng）包渣導致耐火材料（liào）的過度消耗。

耐火材料對（duì）鋼中P含量的影響：匡（kuāng）加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影（yǐng）響。實驗結果表明：當澆注料中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。

耐火材料（liào）對鋼水碳（tàn）含量的影響（xiǎng）：實驗表明（míng），使用（yòng）含C耐火（huǒ）材料，鋼水顯著（zhe）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（liào）對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中（zhōng）的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼（gāng）水中的H含量產生顯著影響。連鑄（zhù）過程中（zhōng），鋼包和中間包（bāo）係統中使用保護套管（guǎn）保（bǎo）護（hù）主流時，有機粘結劑導致（zhì）吸H。對鋼包、中間包烘烤（kǎo），能有效地（dì）降低鋼（gāng）水的吸H量（liàng）。

耐火材料（liào）對鋼（gāng）中N(氮)含量的影響：傳統耐火（huǒ）材料N含量很低，近年來氮（dàn）化物在耐火材（cái）料中應（yīng）用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼（gāng）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（shuǐ）口保（bǎo）護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料對鋼水中夾雜物的（de）影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的（de）情況下，隻（zhī）有鎂（měi）鈣質耐火材料能去（qù）除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物（wù）數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材（cái）料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物（wù），熔點約為1400℃左右，可（kě）有效地去除鋼（gāng）中Al2O3夾（jiá）雜（zá）物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合（hé）物被（bèi）吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵，形成保護層，或（huò）者（zhě）從（cóng）鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵上剝落下來上浮至（zhì）保護渣層（céng）中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越（yuè）高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

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種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性（xìng）。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高（gāo）堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕和滲透能力比（bǐ）較強。燒成白雲石磚基質部分（fèn）致密程度（dù）高，較（jiào）不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性（xìng）。堿度（dù）較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕（shí）和滲透（tòu）比高堿度渣嚴重得多（duō）。相對而言，燒成（chéng）的鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）性明顯好（hǎo）於不燒鎂鈣磚（zhuān），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（dī）的鎂鈣（gài）磚。鎂（měi）鈣質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（yīn）為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料（liào）表（biǎo）層致密化而有效（xiào）抑製（zhì）熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

淄博鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂鈣（gài）磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好（hǎo）的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的（de）性能同時（shí）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。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣（zhā）和（hé）終期渣分（fèn）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磚蝕損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚（zhuān）高（gāo）7.3%，是（shì）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；可是中期渣和終期渣（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研（yán）究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧（yǎng）化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的（de）CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯（chèn）。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬（shǔ）夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小（xiǎo）和形態得（dé）到控製，合金元素成分精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材具（jù）有高性能、高（gāo）品質。在鋼水從冶煉到（dào）精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一（yī）般（bān）耐（nài）火材料對鋼水或多（duō）或少（shǎo）總有些汙染，唯有白雲石質即（jí）鎂鈣質耐火材料能（néng）淨化鋼水，除去鋼中的非金屬（shǔ）夾雜物，而且（qiě）不汙染環境。