徐平坤

以（yǐ）前，從煉鋼工藝的（de）角度研究提（tí）高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的（de）淨化作用（yòng），總是認為耐火（huǒ）材料或多或少地會對（duì）鋼水產（chǎn）生汙染。可是通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐火材（cái）料的理論研究和實際試（shì）驗，得出（chū）鎂（měi）鈣質材料不（bú）但不汙染鋼水（shuǐ），反而（ér）能淨化（huà）鋼水，並且也不汙染環（huán）境（jìng），在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石（shí）與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲（yún）石（shí）（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒（shāo）後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電（diàn）熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）的變化（huà）影響鎂鈣質製品（pǐn）的高溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫（wēn）蠕變越大，抗剝落性能和（hé）脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）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（shǐ）用（yòng）條件，合理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼（gāng）等對（duì）鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含量要求嚴格，需要爐外精煉除去（qù）鋼中雜質（zhì）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遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉移（yí）到爐渣中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水（shuǐ）的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、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（jiū）人（rén）員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結（jié）果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的（de），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（zhì）材料中加入一定（dìng）量的（de）CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材料，在（zài）高溫真空條件下使用比純MgO質耐（nài）火材料更（gèng）合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼（gāng）水S含量（liàng）低（dī），熔渣（zhā）必須（xū）是CaO含量（liàng）高的（de）高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡（jìn）可能要（yào）低。要使（shǐ）O含量（liàng）低，就要選擇氧勢盡可能低的（de）耐火材料（liào），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（yǎng）勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火（huǒ）材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中（zhōng）采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利（lì）脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有（yǒu）利脫P。

鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料的熱（rè）震穩（wěn）定性高、抗渣滲透性（xìng）好，特別是熔渣（zhā）中SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐火材料中（zhōng）的（de）CaO反應生成高熔點化合物C2S或（huò）C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量（liàng）的問題，采用真空精（jīng）煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材（cái）料的（de）水分及有機添加物。熱力學分（fèn）析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其（qí）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能的影響

耐（nài）火材料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（rè）力學穩定性高（gāo），具（jù）有很低的氧（yǎng）平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水（shuǐ）增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試（shì）驗（yàn）研究（jiū）鎂鈣磚（zhuān）與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的（de）脫S效果。結果表明：在1600℃下，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（chū）現“回S”現象。為了使（shǐ）鋼包獲得有效（xiào）的脫S效果，使（shǐ）用白雲石質鋼包內襯是很必要的（de），這樣一方麵可以盡可能降低鋼包（bāo）內襯的再氧化能力，另一方（fāng）麵可以避免強（qiáng）還原（yuán）條件下（xià）鋼包渣導致耐火（huǒ）材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中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含量大幅度降低，由原始的0.1%降（jiàng）低（dī）到0.01%，進一步提高CaO含量（liàng），鋼中P含量僅有（yǒu）小幅度降低。

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，鋼水顯著增C，當同一製品第（dì）二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材（cái）料對鋼中H(氫)含（hán）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水中的H含量（liàng）產生顯著影響（xiǎng）。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使（shǐ）用（yòng）保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘（hōng）烤（kǎo），能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料（liào）對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含（hán）量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼水造（zào）成（chéng）增N。更大（dà）的增N量在鋼包與中間（jiān）包之間（jiān），保護套（tào）管非常重要，連（lián）鑄的增N點就（jiù）是長水口保護（hù），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、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線（xiàn）鋼鋼水（shuǐ）潔淨化（huà）的影響，實驗表明：在反應（yīng）30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜（zá）物，其餘的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）鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生（shēng）成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點（diǎn）約（yuē）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（suān）三鈣)高熔點化合（hé）物被吸附鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料（liào）表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮（fú）至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸（xī）附鋼水中夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜（jìng）態坩堝（guō）法研究3種不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂（měi）鈣磚的抗渣性。試（shì）驗結（jié）果得出，CaO含（hán）量高的白雲石（shí）磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲（shèn）透能力比較強。燒成白雲石磚基質部（bù）分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵（qīn）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得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度（dù）渣（zhā）侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的（de）燒成鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量（liàng）低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材（cái）料具有良好的抵抗高（gāo）堿度熔渣的侵（qīn）蝕和滲透能力，這是因為渣（zhā）與鎂鈣材料（liào）作用析出C3S，使（shǐ）材料表層致密化而（ér）有（yǒu）效抑製熔渣的滲透。低堿（jiǎn）度熔（róng）渣（zhā）具有較強的（de）侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對（duì）基質（zhì）的強溶蝕並滲透作（zuò）用。

濱海鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能（néng）：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣（gài）磚種類複雜（zá）。除具備鎂（měi）鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳（tàn）磚（zhuān）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（luò）性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉（liàn）鋼轉爐的初期渣（zhā）、中期渣和（hé）終期渣（zhā）分別對鎂鈣（gài）碳磚及（jí）鎂（měi）碳磚的侵蝕進行實驗。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磚產生結構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的（de）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（sǔn）率反而分別比MgO—C磚（zhuān）高（gāo）0.4%和（hé）1.2%，因為（wéi）其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔（róng）渣能力強（qiáng）；而且磚中的CaO有利（lì）於鋼（gāng）水的脫O、脫S、脫P等，適（shì）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（cháng）少，非金屬夾雜物不僅（jǐn）數量少，而且尺寸很小和（hé）形態（tài）得到控製，合（hé）金元素（sù）成分（fèn）精準並（bìng）且分布均勻，使鋼（gāng）材具（jù）有高性能、高（gāo）品質。在鋼水從冶煉（liàn）到精煉的整個過程中，耐火材料始終（zhōng）與鋼水接（jiē）觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有白雲石質（zhì）即鎂鈣（gài）質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬（shǔ）夾雜物，而且（qiě）不汙染環境。