徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提（tí）高鋼的（de）純淨度，沒有考慮與鋼水直接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少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂（měi）鈣質（zhì）材料不但不汙染鋼水（shuǐ），反而能淨（jìng）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中應（yīng）用日益增加。

白雲石與鎂鈣質（zhì）耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理（lǐ）論（lùn）組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火（huǒ）材料主要包（bāo）括白雲石質耐火材（cái）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（quán）部用煆燒（shāo）或電熔的白雲石做原料（liào）的定型或不定形耐火材（cái）料；鎂白（bái）雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石（shí）與白雲（yún）石合成的耐火材料。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（hé）抗水化能力越強；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大（dà），抗剝落（luò）性能和脫硫、脫（tuō）磷的效果越好，但抗水（shuǐ）化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差。因此，應該根（gēn）據爐外精煉（liàn）等熱工設備的不同部位使用條件，合理（lǐ）選擇（zé）鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材（cái）料對淨化鋼水作用的影響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外（wài）精煉除去鋼中（zhōng）雜質及夾雜物以及脫氣、調整（zhěng）化（huà）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等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的（de）功能。由於CaO的氧勢（shì）很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外（wài）精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽（shòu）命、降低耐火材料消（xiāo）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（dé）了很好的結（jié）果。

MgO在真空條（tiáo）件下容易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮發性是（shì）有影響（xiǎng）的（de），含有10%～20%CaO（摩爾分數（shù））就可使MgO相對揮發性（xìng）大大降低。因此，MgO質材料中加入一（yī）定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用（yòng）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（liàng）低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並（bìng）且鋼水中溶解的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火材料，Mg與Ca在（zài）高（gāo）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（yòng）鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料。溫度升高（gāo）不（bú）利於脫P，但鋼包中采用（yòng）CaO含量高即（jí）堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量（liàng）高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性（xìng）高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材（cái）料中的CaO反應生成高熔點化（huà）合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔（róng）渣的滲透。

關於H含量的問題，采（cǎi）用真空（kōng）精煉，其（qí）H主要來自熔渣或精煉（liàn）設（shè）備內襯耐火材料的（de）水（shuǐ）分及有機添（tiān）加物。熱力學分析認為：要在（zài）1200℃下長期烘烤，充分（fèn）排除其中的（de）水分，就不存在鋼（gāng）水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質（zhì）耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為（wéi）MgO—CaO耐火材（cái）料中的CaO熱力學（xué）穩定性高，具有很低的氧平衡分（fèn）壓，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，被認為是防（fáng）止鋼水（shuǐ）增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質（zhì）耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫（tuō）S效果更好，脫（tuō）S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回（huí）S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧化能力，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（liào）對（duì）鋼中P含量的影響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質澆注料對（duì）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（yóu）原（yuán）始的（de）0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小（xiǎo）幅度降低。

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

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

耐火材（cái）料對（duì）鋼中N(氮)含量（liàng）的影響：傳統耐火材料N含量很低（dī），近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成（chéng）增N。更大（dà）的（de）增（zēng）N量在鋼包與中間包之間（jiān），保護套管非常重要，連（lián）鑄（zhù）的增N點就是長水口保護，此處增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田（tián）琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線（xiàn）鋼鋼水潔淨化的影響，實驗（yàn）表明（míng）：在（zài）反應30min的情況下（xià），隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火（huǒ）材（cái）料中（zhōng）的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合化合物（wù），熔點約為1400℃左右（yòu），可（kě）有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應（yīng）生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點化合（hé）物被吸附鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料表麵，形成（chéng）保護層（céng），或者從鎂鈣質耐火材料表麵（miàn）上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼（gāng）水中夾雜物（wù）的（de）能力越強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的抗侵蝕性能（néng）：梁義兵等人采用（yòng）靜（jìng）態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂（měi）鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白（bái）雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比（bǐ）較強。燒成白（bái）雲石磚基質部分致密程度高，較不（bú）燒白（bái）雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐渣（zhā）對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言（yán），燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒（shāo）鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣（gài）質材（cái）料具有良好的（de）抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材（cái）料表層致（zhì）密化而（ér）有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

長春鎂磚之鎂鈣碳磚的性能（néng）及抗侵（qīn）蝕（shí）的（de）研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能（néng）同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越（yuè）高，抗剝落性能越好，淨化（huà）鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣（zhā）侵蝕和抗剝落性（xìng）能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣（zhā）、中（zhōng）期渣和（hé）終（zhōng）期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表（biǎo）明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生結構剝落，蝕損最嚴重（chóng）；MgO—CaO—C磚（zhuān）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（de）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（zhōng）及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠（huì）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（zhōng）的CaO有利於鋼水（shuǐ）的脫O、脫S、脫（tuō）P等，適合冶煉鋼（gāng）的電爐爐襯。

白（bái）雲石質耐（nài）火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係（xì）指鋼（gāng）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（cùn）很（hěn）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（gāng）材具有高性能、高品質。在鋼水從冶（yě）煉到精煉的整個過（guò）程（chéng）中，耐火材（cái）料始終與鋼水接觸，一般耐火材料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（cái）料能淨化鋼（gāng）水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染（rǎn）環境。