徐平坤

以（yǐ）前，從煉鋼工藝（yì）的角度研究提高鋼的純（chún）淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸（chù）的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料（liào）或多或少地會對鋼水產（chǎn）生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料（liào）的理論研究和實際試驗，得（dé）出鎂鈣（gài）質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐外（wài）精（jīng）煉裝置中應用日益（yì）增加。

白雲石與鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）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（zhí）為1.93。鎂鈣質耐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（liào）、鎂鈣質耐火材料。

其中，白（bái）雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白（bái）雲石（shí）做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料（liào）是用鎂石與白雲石合成（chéng）的耐火材（cái）料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和抗水（shuǐ）化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔（róng）渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能（néng）和脫硫、脫磷的效果（guǒ）越好，但抗水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差。因此，應該根據爐外（wài）精煉等熱工設備的（de）不（bú）同部位使用條件，合理選擇鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對（duì）淨化鋼水作用（yòng）的（de）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質及夾雜物以及（jí）脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的（de）遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜（zá）質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能（néng）。由於（yú）CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂鈣質耐火材料也（yě）適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石（shí）質耐火（huǒ）材料（liào）進行了許多試驗研究，取得了（le）很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發（fā），而CaO對MgO的揮發（fā）性是有影（yǐng）響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入（rù）一（yī）定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比（bǐ）純MgO質耐火材（cái）料更合（hé）適。

鋼水中的脫（tuō）S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必（bì）須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼（gāng）水中（zhōng）溶解的O含量（liàng）盡可能（néng）要低。要使O含量（liàng）低，就要選擇氧（yǎng）勢盡可能低的耐（nài）火材料，Mg與（yǔ）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，精煉設備應該選用鎂鈣質（zhì）耐火材料。溫度（dù）升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含（hán）量（liàng）高即堿度高的熔渣（zhā）有利脫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（zhì）耐火材料的熱震穩定性高、抗（kàng）渣滲透性好，特別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔（róng）點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製熔渣的滲透。

關（guān）於H含量的問題（tí），采（cǎi）用真空精（jīng）煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材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，充分排除其中的水分，就不存在（zài）鋼水中氫（H）含（hán）量（liàng）增（zēng）高（gāo）問題。

鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料對鋼水性（xìng）能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光（guāng）等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，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（gāng）中（zhōng）S的（de）影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反（fǎn）應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應（yīng）45min時，脫S效果更好，脫S率（lǜ）達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用（yòng）白雲石質鋼包內襯是很（hěn）必要（yào）的，這樣一方麵可以（yǐ）盡可能（néng）降低鋼包（bāo）內襯的再氧化能力（lì），另一方麵可以避免強還原條件下鋼（gāng）包渣（zhā）導致耐火材料的過度消耗。

耐（nài）火材（cái）料對鋼中P含量的影響：匡加才（cái）研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含（hán）量的影響。實驗（yàn）結（jié）果表明：當澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時，鋼（gāng）中（zhōng）P含量（liàng）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（yǒu）小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含（hán）量（liàng）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（zhì）品第（dì）二次使用時，鋼水僅發生輕微增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其中的有機粘結劑會對鋼（gāng）水中的H含量（liàng）產生顯著影響（xiǎng）。連鑄過程（chéng）中，鋼包和中間包係統中使用保（bǎo）護套管保護主流時，有機（jī）粘結劑導致吸H。對鋼包（bāo）、中間包烘烤，能有效（xiào）地降低鋼水的吸H量（liàng）。

耐火材料對鋼中N(氮)含量（liàng）的影響：傳統耐火材（cái）料N含量很低，近年（nián）來氮化物在（zài）耐（nài）火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套（tào）管非常重要，連鑄的增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鋼鋼水潔淨（jìng）化的（de）影（yǐng）響，實驗表明（míng）：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物，其餘的堿（jiǎn）性耐（nài）火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如（rú）CaO與（yǔ）Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的（de）複合化合物，熔（róng）點（diǎn）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(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐（nài）火材料表（biǎo）麵，形（xíng）成保護層，或者從鎂鈣質耐火材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（de）活（huó）性CaO含量越高（gāo），吸附鋼水中夾（jiá）雜（zá）物的能力越強。

鎂（měi）鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義（yì）兵等人采用（yòng）靜態坩（gān）堝法研（yán）究3種不鏽鋼冶（yě）煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得出，CaO含（hán）量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵（qīn）蝕（shí）和滲透能力比（bǐ）較（jiào）強。燒成白雲石磚（zhuān）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爐渣對三種磚的（de）侵蝕（shí）和滲透比高堿度渣（zhā）嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能（néng）力好於CaO含量低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質（zhì）材料（liào）具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力（lì），這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料（liào）表層（céng）致密化而有（yǒu）效抑製熔渣的滲（shèn）透。低（dī）堿度熔渣具有較（jiào）強的侵蝕和滲透能力（lì），主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用（yòng）。

順義鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。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（xiào）果也越好；C含量越高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝落性能（néng）越強。

鎂鈣碳磚的抗侵（qīn）蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對（duì）鎂（měi）鈣碳磚及鎂（měi）碳磚（zhuān）的（de）侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴（yán）重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因（yīn）為（wéi）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（shí）損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為（wéi）其在高溫中及被渣中（zhōng）∑FeO溶（róng）解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等（děng）人研究結果表明（míng）鎂（měi）白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚（zhuān）中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶（yě）煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐（nài）火材料對潔淨（jìng）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，非金屬夾雜（zá）物不僅數量少，而且尺寸很小和（hé）形態得到控製，合金元素（sù）成分精準並且分布（bù）均勻，使鋼材具（jù）有高（gāo）性能（néng）、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，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙（wū）染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火（huǒ）材料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。