徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸的（de）耐火材料對鋼水（shuǐ）的淨化作用，總（zǒng）是認為耐火材料（liào）或多或少（shǎo）地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材（cái）料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣（gài）質材料不但不（bú）汙染鋼水，反而能淨（jìng）化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣（gài）質耐火材料的特征

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

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白（bái）雲石做原料的定型或不定形耐火材料（liào）；鎂白（bái）雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石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用性能，MgO含量越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水化能力越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高溫蠕變越大，抗剝落性能（néng）和脫硫（liú）、脫（tuō）磷的效果越好，但抗水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性（xìng）能越差。因此，應（yīng）該（gāi）根據爐外精煉等熱工設備的不同（tóng）部（bù）位使用條件，合理選擇鎂鈣（gài）質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石（shí）質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含（hán）量要求嚴格，需（xū）要爐外精煉除去（qù）鋼中雜（zá）質及夾雜物以（yǐ）及脫氣、調（diào）整（zhěng）化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由（yóu）於CaO的氧勢（shì）很低，鎂鈣質耐火材料也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（huà）鋼水、延長（zhǎng）爐襯壽命、降低耐火材料消耗（hào），研究人員對白雲石質耐火材料（liào）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（fā）性是有影響的，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（zhōng）加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐火材料更（gèng）合適。

鋼水（shuǐ）中的脫S反應中，要使鋼水（shuǐ）S含量低，熔（róng）渣必須（xū）是CaO含量高的高堿度渣，並（bìng）且鋼（gāng）水（shuǐ）中溶解的O含量盡（jìn）可能要低。要使O含量低，就（jiù）要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態（tài）存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉（liàn）設備應該選用鎂鈣質耐火（huǒ）材料。溫度升高不利（lì）於脫P，但鋼包中（zhōng）采用（yòng）CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也（yě）有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的（de）熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特（tè）別是熔（róng）渣中SiO2滲入（rù）會與（yǔ）MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形（xíng）成保護層，從而（ér）抑製熔渣的滲透。

關於H含量（liàng）的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材（cái）料（liào）的（de）水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充（chōng）分排除（chú）其中的水分，就（jiù）不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對（duì）鋼水性能的影響

耐火材料對（duì）鋼中氧含量（liàng）的影響：王（wáng）龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學（xué）穩定性（xìng）高，具（jù）有很低的氧平衡分（fèn）壓，在鋼水中的（de）溶解度很小，被認為是防止鋼水增（zēng）氧的有（yǒu）效材（cái）料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時（shí），脫S效果更好，脫S率（lǜ）達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象（xiàng）。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是很必要的，這樣（yàng）一方麵可以盡可能降低鋼包內（nèi）襯（chèn）的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原（yuán）條件下（xià）鋼包渣導（dǎo）致（zhì）耐火（huǒ）材料的過度消耗。

耐（nài）火材料對（duì）鋼中P含量的影響：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含量大幅度降（jiàng）低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅有小幅度（dù）降（jiàng）低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用（yòng）含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時（shí），鋼（gāng）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（jì）會對鋼水中的H含量產生顯著影（yǐng）響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護（hù）主流（liú）時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低（dī）鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的（de）影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材（cái）料中應用受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼水造（zào）成增（zēng）N。更大（dà）的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處（chù）增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材料對（duì）鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材（cái）料對管線（xiàn）鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實驗表明：在（zài）反應30min的情況下（xià），隻有鎂鈣（gài）質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的（de）堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火（huǒ）材料中的CaO反（fǎn）應，如CaO與（yǔ）Al2O3反應生成Ca12Al4O3的（de）複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去（qù）除（chú）鋼中（zhōng）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火材（cái）料表麵（miàn），形成保護層（céng），或者（zhě）從鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護（hù）渣層中；在鎂鈣（gài）質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中（zhōng）夾雜物的能（néng）力（lì）越強。

鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）的抗侵（qīn）蝕性能：梁義兵（bīng）等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗（kàng）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（jiào）強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒（shāo）白雲石磚具有更好的抗高堿度（dù）渣侵蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴（yán）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含量高的（de）燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕能（néng）力（lì）好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具有良好的抵抗（kàng）高堿度熔渣（zhā）的侵蝕和滲（shèn）透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具（jù）有較強（qiáng）的侵蝕和滲透能力，主要（yào）是熔渣（zhā）對基質的（de）強溶蝕並滲透作用（yòng）。

襄（xiāng）陽鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂鈣磚種類複雜。除具備（bèi）鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好的真空（kōng）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含量越高（gāo），抗剝（bāo）落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量（liàng）越高（gāo），抗渣侵蝕和（hé）抗剝落性能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚的抗侵（qīn）蝕研究：崔淑賢（xián）等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別（bié）對鎂鈣碳磚及鎂碳磚（zhuān）的侵蝕進行實（shí）驗。實驗（yàn）結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是（shì）因為在磚的界麵上（shàng）產生了（le）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1.2%，因為其在高溫中及被渣中（zhōng）∑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（bái）雲石碳磚高溫抗（kàng）氧化性和（hé）熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫（tuō）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，非金屬夾雜物不僅（jǐn）數量少，而且尺寸很小和形態得（dé）到控（kòng）製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶（yě）煉到精（jīng）煉的整個過程中，耐火材（cái）料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或（huò）少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。