徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角（jiǎo）度研究提（tí）高鋼的（de）純淨度，沒有考慮與鋼水直接（jiē）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（huò）少地（dì）會對鋼水產生汙染。可是通過（guò）對白雲（yún）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（cái）料不但（dàn）不汙染（rǎn）鋼水，反而能淨（jìng）化（huà）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（yīng）用日益增加。

白雲石與鎂（měi）鈣質耐（nài）火（huǒ）材料的特征（zhēng）

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。鎂鈣質耐火材料主（zhǔ）要（yào）包括白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材（cái）料。

其中（zhōng），白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲（yún）石做原料的定型或不（bú）定形耐火材料（liào）；鎂白（bái）雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐（nài）火材料。MgO、CaO含量（liàng）的變（biàn）化（huà）影（yǐng）響鎂（měi）鈣質製品的高溫使用（yòng）性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和抗（kàng）水化能（néng）力（lì）越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能（néng）力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和（hé）脫硫、脫磷的效（xiào）果（guǒ）越好，但抗（kàng）水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據（jù）爐（lú）外精煉等熱工設（shè）備的不同部位使用條（tiáo）件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼水作用的影（yǐng）響（xiǎng）

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等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去（qù）鋼中雜質及夾（jiá）雜物（wù）以及脫氣、調整化（huà）學成分和均勻化等。鎂（měi）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（qí）轉移到爐（lú）渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功（gōng）能。由於CaO的氧勢很（hěn）低（dī），鎂鈣質耐火材料也適（shì）合用於冶煉低氧鋼（gāng），是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼（gāng）等設備的耐火材料。近年（nián）來，為了淨化鋼水、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了許（xǔ）多試（shì）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（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對（duì）揮發性大大降（jiàng）低。因此，MgO質材料（liào）中加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材料（liào），在高溫真空（kōng）條（tiáo）件下使（shǐ）用比純MgO質耐火（huǒ）材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度（dù）渣，並且鋼水中溶解的（de）O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐（nài）火（huǒ）材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在（zài），在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很（hěn）小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材（cái）料。溫度升（shēng）高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利（lì）脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同（tóng）樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高（gāo）、抗渣滲透性好，特別（bié）是熔渣（zhā）中SiO2滲入（rù）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，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空（kōng）精煉，其H主要來自熔渣或（huò）精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排（pái）除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性（xìng）能的影響

耐火材（cái）料對鋼中氧含量的影（yǐng）響：王龍光等人（rén）認為MgO—CaO耐火（huǒ）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（bèi）認為是防止鋼水增（zēng）氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影（yǐng）響：田琳（lín）等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火（huǒ）材料的脫S效果。結果表明：在（zài）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（yǒu）效的脫（tuō）S效果，使用（yòng）白雲石質鋼包內襯（chèn）是很必要的，這樣一（yī）方麵可以（yǐ）盡可能降低鋼包（bāo）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耗（hào）。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注（zhù）料對鋼中P含量的（de）影響。實驗結果（guǒ）表明：當澆（jiāo）注料（liào）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（liàng），鋼中P含量（liàng）僅有小幅度降低。

耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火（huǒ）材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生（shēng）輕微增C。

耐火材料對鋼中（zhōng）H(氫（qīng）)含量的影響：耐火材料中的（de）水分以及其（qí）中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量（liàng）產（chǎn）生顯著影響。連鑄過（guò）程中，鋼（gāng）包和中間包係統（tǒng）中使用保（bǎo）護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對（duì）鋼包、中間包烘烤（kǎo），能有效（xiào）地降低鋼水的吸H量。

耐火（huǒ）材（cái）料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在（zài）耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非（fēi）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（rén）研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反（fǎn）應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中（zhōng）的（de）夾雜物，其餘的堿性耐火（huǒ）材料均使鋼水夾雜物數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等夾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（hé）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(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣)高熔點化（huà）合物（wù）被吸（xī）附（fù）鎂鈣質耐火材料表麵，形成（chéng）保護（hù）層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上（shàng）剝落下（xià）來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活（huó）性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的（de）能力（lì）越強。

鎂鈣質耐（nài）火材料的抗侵（qīn）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。試驗結果得出，CaO含量高（gāo）的白雲石磚（zhuān）抗高堿度（dù）的AOD渣（zhā）侵蝕和滲透能力比較強（qiáng）。燒成白雲石磚基質部分致密程度高（gāo），較不（bú）燒白雲石磚具有更好（hǎo）的抗高堿（jiǎn）度渣侵蝕性。堿度較（jiào）低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和（hé）滲透比（bǐ）高堿度渣嚴重得多。相（xiàng）對而言，燒成（chéng）的鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕性明顯好於不燒（shāo）鎂鈣磚，CaO含（hán）量高的燒（shāo）成（chéng）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能（néng）力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料（liào）具有良好的抵（dǐ）抗高堿（jiǎn）度熔渣的侵（qīn）蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出（chū）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（yǒu）較強的侵（qīn）蝕和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

渝中鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕（shí）的研究

鎂鈣碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類（lèi）複雜（zá）。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好（hǎo）的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時（shí）取決於CaO及C的含量。CaO含（hán）量（liàng）越高，抗（kàng）剝落性能越好，淨化鋼水（shuǐ）的效果也越好；C含量越高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳（tàn）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（qī）渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳（tàn）磚的（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，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕（qīng），是因為在磚的（de）界麵上（shàng）產生了（le）C2S保護層；可是中期渣和終期（qī）渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕損率反而（ér）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（shí）嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳（tàn）磚高（gāo）溫抗氧化性和（hé）熱震穩定（dìng）性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利（lì）於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉（liàn）鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的（de）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（bú）僅數量少，而且尺寸很（hěn）小和形態得到控（kòng）製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、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（yǔ）鋼水接觸，一般耐火材（cái）料對鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有白雲石質即鎂鈣質（zhì）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。