徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼（gāng）的純淨度，沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接接（jiē）觸的耐（nài）火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材（cái）料或多（duō）或少地會（huì）對（duì）鋼水產生汙染。可是（shì）通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質（zhì）材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置（zhì）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（rán）礦物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包（bāo）括白雲石（shí）質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料（liào）。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材（cái）料；鎂白雲（yún）石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石（shí）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FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力（lì）越強（qiáng）；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣（zhā）的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，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，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石（shí）質耐火材料對淨化鋼水作用的（de）影響（xiǎng）

潔淨鋼、特殊鋼等對（duì）鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等（děng）夾雜物的含量要求嚴格，需要（yào）爐外精煉除去（qù）鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化（huà）等（děng）。鎂鈣質耐火材（cái）料中的遊離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（chú）去雜質、淨化鋼（gāng）水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣（gài）質耐火材料也適合用於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化（huà）鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗（hào），研究人員對白雲石（shí）質耐火（huǒ）材料進（jìn）行了許多試驗研究，取得了（le）很好的結果。

MgO在真（zhēn）空條件（jiàn）下容（róng）易（yì）揮發，而CaO對MgO的揮（huī）發性是有影響的，含有（yǒu）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（liào）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質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼（gāng）水S含量低，熔渣必須是CaO含（hán）量高的高（gāo）堿度（dù）渣，並且鋼水中（zhōng）溶解的O含量（liàng）盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧（yǎng）勢盡可能低的耐（nài）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，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高（gāo）不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣（zhā）有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料同（tóng）樣也有利脫（tuō）P。

鎂（měi）鈣質耐火材料的熱震穩定性（xìng）高、抗渣滲透性好，特（tè）別是熔渣中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（ér）抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐（nài）火材料的水分（fèn）及有機（jī）添加物。熱力學分析（xī）認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中（zhōng）的（de）水分，就（jiù）不存在鋼水中氫（H）含量（liàng）增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影（yǐng）響

耐火材料（liào）對鋼中氧含量的影響：王龍光等（děng）人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很（hěn）低的氧平衡分壓（yā），在鋼水中的（de）溶（róng）解度很小（xiǎo），被認為是防止鋼（gāng）水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響（xiǎng）：田琳等人試（shì）驗研究（jiū）鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的反應，檢驗（yàn）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（lǜ）達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使（shǐ）鋼包獲得有效的脫S效果，使用白（bái）雲石（shí）質鋼包內襯是很必要（yào）的，這（zhè）樣一方麵可以盡（jìn）可能降低鋼包內襯的再氧化能力（lì），另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致（zhì）耐（nài）火材料的過（guò）度消耗。

耐火材料對鋼中（zhōng）P含量的影響：匡（kuāng）加才研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中P含量（liàng）的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低（dī）到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅（jǐn）有小幅（fú）度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響（xiǎng）：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼（gāng）水顯著增C，當同一（yī）製品第二次使用時，鋼水（shuǐ）僅發生輕（qīng）微增（zēng）C。

耐火材（cái）料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中（zhōng）的水分（fèn）以及其中的有機粘結劑會對鋼（gāng）水中的（de）H含量產（chǎn）生顯著影響。連鑄過程中，鋼（gāng）包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致（zhì）吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料（liào）N含量很（hěn）低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到（dào）關（guān）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（jiān），保（bǎo）護套管非常重（chóng）要，連鑄（zhù）的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐（nài）火材料對鋼水（shuǐ）中夾雜物的影響：田琳等人研（yán）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（shí）驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能（néng）去除鋼水（shuǐ）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（měi）鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔（róng）點化合（hé）物被吸附鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵，形成保護（hù）層，或者從鎂鈣質耐火材料（liào）表麵（miàn）上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料（liào）中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂（měi）鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等人采用（yòng）靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉（liàn）用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石（shí）磚抗高堿度的AOD渣侵（qīn）蝕和滲透能力比較強。燒（shāo）成白雲石磚基（jī）質部分致密程度高，較不（bú）燒白雲石磚具有（yǒu）更（gèng）好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的（de）VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重（chóng）得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含（hán）量低的鎂鈣磚。鎂鈣質（zhì）材料（liào）具有良好的抵抗高堿度熔渣的（de）侵蝕和（hé）滲透能力，這是因為渣與鎂（měi）鈣（gài）材料作用析出C3S，使材料表（biǎo）層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿（jiǎn）度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基（jī）質的強溶蝕並滲透作用。

淄博鎂磚（zhuān）之（zhī）鎂鈣碳磚的性能及（jí）抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具（jù）備鎂鈣磚的（de）特性外，鎂（měi）鈣碳磚比鎂碳磚具（jù）有（yǒu）更好的真空穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能（néng）同時（shí）取（qǔ）決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水（shuǐ）的效果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和（hé）抗（kàng）剝落性能越強（qiáng）。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人采用煉（liàn）鋼轉爐的初期渣、中期渣（zhā）和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實（shí）驗（yàn）。實驗結（jié）果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比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，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，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（wēn）中及被渣中∑FeO溶（róng）解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重。

孫（sūn）惠章等人研究結（jié）果表明鎂白雲石碳（tàn）磚高（gāo）溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性（xìng）熔渣能力強（qiáng）；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（shí）質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成（chéng）分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾（jiá）雜物不僅數（shù）量少，而且尺（chǐ）寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能（néng）、高品（pǐn）質。在鋼水從冶煉（liàn）到精煉的整個（gè）過（guò）程中（zhōng），耐火（huǒ）材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少（shǎo）總有些汙染，唯有白（bái）雲石質即鎂鈣質耐火材料能（néng）淨化鋼水，除去鋼中的非（fēi）金屬夾雜物，而且不汙染環境。