徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨（jìng）度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化（huà）作用，總是認（rèn）為耐火（huǒ）材料或多或少地會對鋼水（shuǐ）產生汙染。可是通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際（jì）試（shì）驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水（shuǐ），並且也不（bú）汙染環境，在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼包（bāo）等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材（cái）料的（de）特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後（hòu）的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐（nài）火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料（liào）。

其中，白雲石質耐火材（cái）料是指全部用煆（duàn）燒（shāo）或電熔的白雲石做原料（liào）的定型或不定（dìng）形耐（nài）火材料；鎂白雲石和（hé）鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材（cái）料。MgO、CaO含量（liàng）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熔渣和（hé）抗水化能力越強；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高（gāo）溫蠕變越大，抗剝落性能和（hé）脫硫、脫磷的效（xiào）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，合理選擇鎂鈣質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐火材料（liào）對淨化鋼（gāng）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（de）含量要求嚴格，需要爐外精煉除（chú）去鋼中雜（zá）質及夾雜（zá）物以及脫氣、調整化學成分和均勻化（huà）等。鎂鈣質耐（nài）火材料中的遊（yóu）離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜質（zhì）反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很（hěn）低，鎂鈣質（zhì）耐火材料也適合用於冶煉低（dī）氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊鋼等設（shè）備的耐火材料。近年（nián）來（lái），為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降（jiàng）低（dī）耐火材料消耗（hào），研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

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

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必（bì）須是CaO含量高的高堿（jiǎn）度渣，並（bìng）且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要（yào）使（shǐ）O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐（nài）火材料，Mg與Ca在高溫下以氣（qì）態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此（cǐ），精煉設備應該選用鎂鈣質耐（nài）火材料。溫度升高（gāo）不（bú）利於脫（tuō）P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐（nài）火材料同樣也有利脫P。

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

關於H含量的問題，采用真空（kōng）精（jīng）煉，其H主要來自熔渣或精（jīng）煉設備內襯耐火材料的水（shuǐ）分及（jí）有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長（zhǎng）期（qī）烘烤，充分排除其（qí）中的水分，就不存（cún）在（zài）鋼水中氫（H）含（hán）量增高問題。

鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材（cái）料對鋼水性能的（de）影響

耐火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熱力學穩定性高，具有很低的氧（yǎng）平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被（bèi）認為是防止鋼（gāng）水（shuǐ）增氧的有效材料。

耐火材料對（duì）鋼中S的影響：田琳等人（rén）試驗研究鎂鈣（gài）磚與鋼水中S的反（fǎn）應，檢（jiǎn）驗鎂鈣（gài）質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下（xià），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（xiào）果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣（yàng）一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消（xiāo）耗。

耐（nài）火材料對鋼中P含量的（de）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：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大（dà）幅（fú）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（dī）。

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

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及（jí）其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量（liàng）產生顯著影響。連鑄過程（chéng）中，鋼包和中（zhōng）間包係（xì）統中使（shǐ）用保護套管（guǎn）保（bǎo）護主流時，有（yǒu）機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能（néng）有效（xiào）地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年（nián）來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造（zào）成增N。更大的增N量在鋼包與中間（jiān）包之間，保護（hù）套管非（fēi）常（cháng）重要，連鑄的增N點（diǎn）就是長水（shuǐ）口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜（zá）物的影響：田琳等人研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火（huǒ）材（cái）料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反（fǎn）應（yīng）30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜（zá）物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂（měi）鈣耐（nài）火材（cái）料中的（de）CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，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(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點化合物被吸附（fù）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（fú）至保護渣層中；在鎂鈣質（zhì）耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣（gài）質耐火材料的抗侵蝕性能：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。試驗結果（guǒ）得出，CaO含量（liàng）高的白雲石磚（zhuān）抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石（shí）磚基質部（bù）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（dī）的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高（gāo）堿度渣（zhā）嚴重（chóng）得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量（liàng）低的鎂鈣磚。鎂鈣（gài）質材料（liào）具有良好的抵（dǐ）抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這（zhè）是因為渣與（yǔ）鎂鈣材料作用（yòng）析出C3S，使材料表層致密化（huà）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（shì）熔渣對基質的強溶蝕（shí）並滲透作（zuò）用。

大慶鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕（shí）的研究

鎂鈣碳磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚（zhuān）種類複（fù）雜。除具（jù）備鎂鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚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的含量。CaO含量越（yuè）高，抗剝落性能越好，淨化鋼水（shuǐ）的效果也越好（hǎo）；C含量越高，抗渣侵（qīn）蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔（cuī）淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的（de）侵蝕進行實（shí）驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高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（jiè）麵上產生了C2S保護層；可（kě）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1.2%，因為（wéi）其在高溫（wēn）中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠（huì）章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能（néng）力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫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

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾（jiá）雜物不僅數量少，而且尺寸很小（xiǎo）和（hé）形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性（xìng）能、高品質。在鋼（gāng）水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始（shǐ）終與鋼水接觸，一般耐火材料對（duì）鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有白雲石質（zhì）即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不（bú）汙染環境。