徐平坤

以前，從煉鋼（gāng）工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與（yǔ）鋼水直接接觸的耐火材料（liào）對鋼（gāng）水的淨化作用（yòng），總是認（rèn）為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲（yún）石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料的理論研（yán）究和實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨（jìng）化鋼水，並且也不汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐外（wài）精煉裝置中（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）是天然礦物原料，煆燒後的（de）理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要（yào）包括（kuò）白雲石質耐火材料、鎂（měi）白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐（nài）火材料是（shì）指全部用煆燒或電（diàn）熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火（huǒ）材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材（cái）料是用鎂石（shí）與白（bái）雲石合成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含（hán）量的變化影（yǐng）響鎂（měi）鈣質製品的高溫使用性能（néng），MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗（kàng）水（shuǐ）化能（néng）力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強（qiáng），高（gāo）溫蠕（rú）變越大，抗剝落性能和（hé）脫（tuō）硫、脫磷（lín）的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應（yīng）該根據爐外精煉等熱工設（shè）備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐火材料對淨化鋼水作用的影（yǐng）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（děng）夾雜物的含量要（yào）求嚴格，需要爐外精煉除（chú）去鋼中雜質（zhì）及夾雜（zá）物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反（fǎn）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，鎂鈣質耐火材（cái）料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精（jīng）煉冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨鋼（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材料。近年（nián）來，為了淨化鋼水、延長爐襯（chèn）壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了（le）許多試驗研究，取得了很好的結果（guǒ）。

MgO在真空條件下容易揮發，而（ér）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（shǐ）MgO相對揮發性大大（dà）降低。因此，MgO質材料中加入一定（dìng）量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高溫真（zhēn）空（kōng）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，要使鋼水S含量低，熔渣必須是（shì）CaO含量高的高（gāo）堿度渣，並且鋼水中溶解的O含（hán）量盡可能要低。要使（shǐ）O含（hán）量低，就要選擇氧勢盡可能低（dī）的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在（zài），在鋼水中的溶解度很小，而（ér）CaO的氧勢也很小（xiǎo），因此，精（jīng）煉設備應該選用鎂（měi）鈣（gài）質耐（nài）火材料。溫度（dù）升高不利於（yú）脫（tuō）P，但鋼包中采用CaO含量高（gāo）即堿（jiǎn）度高的熔渣有利脫P，因此，用（yòng）CaO含量高的鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣（gài）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SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的（de）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（de）問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯（chèn）耐火（huǒ）材料的（de）水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下（xià）長（zhǎng）期烘烤，充分排除其中的水分，就不（bú）存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料對鋼水（shuǐ）性能的影響

耐火材料（liào）對鋼中氧含量的影響：王龍光等人（rén）認為MgO—CaO耐火材料中（zhōng）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（de）有效材料（liào）。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中S的反（fǎn）應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果（guǒ）。結果表（biǎo）明：在1600℃下，反（fǎn）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（wéi）了（le）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必要的，這樣一方（fāng）麵可以盡可能降低鋼包內襯的再（zài）氧化能力，另一方麵可以避免強還（hái）原條件下鋼包渣導（dǎo）致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡（kuāng）加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注（zhù）料對鋼中P含量（liàng）的影響。實（shí）驗結果（guǒ）表明：當澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大（dà）幅度降（jiàng）低，由原（yuán）始的0.1%降低到0.01%，進一（yī）步提高（gāo）CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

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（zhe）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（cái）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（jié）劑會對（duì）鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係（xì）統中使用保（bǎo）護套管保護（hù）主流時（shí），有機（jī）粘結劑導致吸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N含量很低，近年來氮化物在耐（nài）火材料（liào）中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造（zào）成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之（zhī）間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜（zá）物的（de）影響：田琳（lín）等（děng）人研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管（guǎn）線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質（zhì）耐火材料能去除（chú）鋼水中的夾雜物（wù），其餘的（de）堿性耐火材料均（jun1）使鋼水夾（jiá）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CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化（huà）合物，熔點約為1400℃左（zuǒ）右，可有效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應（yīng）生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂（měi）鈣質耐火材料表（biǎo）麵，形成保護層，或者（zhě）從鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）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，吸（xī）附鋼（gāng）水中（zhōng）夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等（děng）人采用靜態坩（gān）堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣性。試驗結果得（dé）出，CaO含量高的白雲（yún）石磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕和滲透能力比（bǐ）較強。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（yǒu）更好的抗（kàng）高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種（zhǒng）磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕性明顯好於（yú）不燒（shāo）鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂（měi）鈣磚。鎂鈣質材料具（jù）有良好的抵抗高堿（jiǎn）度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂（měi）鈣材（cái）料作用析出C3S，使材料表（biǎo）層致密化而有效抑（yì）製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是熔渣對基質的強（qiáng）溶蝕並滲（shèn）透作用。

畢節鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的（de）特性外，鎂（měi）鈣碳（tàn）磚（zhuān）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取決於CaO及C的（de）含量。CaO含量越高，抗（kàng）剝落性（xìng）能越好，淨化鋼水的效果也越好（hǎo）；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能（néng）越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中（zhōng）期渣和（hé）終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行（háng）實驗。實驗結果表明：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（jié）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（hù）層；可是中（zhōng）期渣和終期（qī）渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因（yīn）為其在高（gāo）溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕（shí）嚴重。

孫惠章（zhāng）等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高（gāo）溫抗氧化性和熱震穩（wěn）定性好（hǎo），抗酸性（xìng）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（liàn）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（shǔ）夾雜物不僅數量（liàng）少，而且尺寸很小和形態得到控製，合（hé）金元素成分精準並（bìng）且分布均勻，使鋼材具（jù）有高性能、高品質。在鋼水從冶（yě）煉到精（jīng）煉（liàn）的整個過程中，耐火材（cái）料始終與鋼水接觸，一般耐（nài）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（liào）能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。