徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高（gāo）鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸（chù）的耐（nài）火材料對（duì）鋼水的淨化作用，總是認為耐火材（cái）料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通（tōng）過對白雲石（shí）質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究（jiū）和實際試驗，得（dé）出鎂鈣（gài）質材料（liào）不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐外精煉裝置中應用日（rì）益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火（huǒ）材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆（duàn）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（yún）石質耐火材料是指全部用（yòng）煆燒或電熔的白雲石（shí）做原料的定（dìng）型或不定形耐火材（cái）料；鎂白（bái）雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質（zhì）製品的高溫使用（yòng）性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗（kàng）高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）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（tóng）部（bù）位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材（cái）料中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作（zuò）用的影響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等（děng）夾雜物的含量要求（qiú）嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質（zhì）及夾雜物以及脫氣（qì）、調整（zhěng）化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料（liào）中的遊離CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具（jù）有除去雜質、淨化（huà）鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣（gài）質耐火材料也（yě）適合（hé）用於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精（jīng）煉冶（yě）煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼（gāng）水、延長（zhǎng）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多試驗研究，取得了很好的（de）結果（guǒ）。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是（shì）有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分（fèn）數（shù））就可使MgO相對揮（huī）發性大大降低（dī）。因此，MgO質材料中加（jiā）入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火（huǒ）材（cái）料，在高（gāo）溫真空條件下使用比純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（bì）須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的（de）O含（hán）量盡可（kě）能要低。要使O含（hán）量低，就要選擇氧勢盡可能（néng）低的耐火材料，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（nài）火材料。溫度升高不利（lì）於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有（yǒu）利脫P，因此，用（yòng）CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣（yàng）也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中（zhōng）的CaO反（fǎn）應（yīng）生成高熔（róng）點化合物C2S或（huò）C3S,形成保護層，從而抑製熔（róng）渣（zhā）的滲透。

關於H含（hán）量的問題，采用真空精煉（liàn），其H主要來自熔渣或精煉設（shè）備內襯耐火材料（liào）的水分（fèn）及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中（zhōng）的水分，就不存在鋼水（shuǐ）中氫（H）含量增高問（wèn）題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影（yǐng）響

耐火材料對鋼中氧含量的（de）影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定（dìng）性高，具（jù）有很低的氧平衡分壓，在鋼（gāng）水中（zhōng）的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的（de）有效材料。

耐火材料對（duì）鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）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（fǎn）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（wéi）了使鋼包獲得有效的脫（tuō）S效果，使（shǐ）用白雲石質（zhì）鋼（gāng）包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包（bāo）內襯的再氧化能力，另（lìng）一方麵可以避免強還原條件（jiàn）下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材（cái）料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注料對鋼中（zhōng）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（dī），由原（yuán）始（shǐ）的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量（liàng），鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含（hán）量（liàng）的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一（yī）製品第二次使用時，鋼水（shuǐ）僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影（yǐng）響（xiǎng）：耐火材料中（zhōng）的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中（zhōng）的H含量（liàng）產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流（liú）時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量（liàng）的影響：傳統（tǒng）耐火材（cái）料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造（zào）成增N。更（gèng）大的增N量在（zài）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（kǒu）保（bǎo）護，此處增N可（kě）達（dá）（15~30）×10-6。

耐火（huǒ）材料對鋼水中夾雜物（wù）的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼（gāng）水潔淨化的影響，實驗（yàn）表明：在反應30min的情（qíng）況（kuàng）下，隻有鎂鈣質（zhì）耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其（qí）餘的堿性耐火材（cái）料均使（shǐ）鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與鎂鈣耐火材料中的（de）CaO反（fǎn）應（yīng），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（chú）鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）表麵上剝落下來上浮至保（bǎo）護（hù）渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜（zá）物的（de）能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等人采用靜（jìng）態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉（liàn）用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得（dé）出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度（dù）的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲（yún）石磚基質部分致密程度高（gāo），較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿（jiǎn）度渣侵蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐（lú）渣對三種磚的侵蝕和滲透比高（gāo）堿度渣嚴重（chóng）得多。相對而（ér）言，燒成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成（chéng）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的（de）鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的（de）抵抗高堿度熔渣（zhā）的侵蝕和滲透能力，這是因（yīn）為渣與（yǔ）鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製（zhì）熔渣（zhā）的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力（lì），主要是熔渣（zhā）對基質的強溶（róng）蝕並滲透作用。

濱州（zhōu）鎂（měi）磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣（gài）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（měi）鈣磚的特性外，鎂鈣（gài）碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱（rè）震性。鎂（měi）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（guǒ）也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的（de）抗侵（qīn）蝕研究（jiū）：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的（de）初期渣、中（zhōng）期渣和（hé）終（zhōng）期渣分別對鎂鈣碳（tàn）磚及鎂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磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較（jiào）輕，是因為（wéi）在磚的界（jiè）麵上產生了C2S保護層；可是中期渣（zhā）和（hé）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（zài）高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫（sūn）惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗（kàng）氧化性和熱震穩定性好，抗酸（suān）性熔渣能力強；而且磚中（zhōng）的CaO有利於鋼水（shuǐ）的（de）脫O、脫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（gāng）的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻（yún），使鋼材具有高性能、高品（pǐn）質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程（chéng）中，耐（nài）火材料始終與鋼水接觸，一般耐火（huǒ）材（cái）料（liào）對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣（gài）質耐火材料能淨化（huà）鋼（gāng）水，除去鋼中的（de）非金屬夾雜物，而且不汙染環境。