徐平坤

以前，從煉鋼（gāng）工藝的角度研究提高鋼的（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（wéi）耐火（huǒ）材（cái）料或多或少地會對鋼（gāng）水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料的理論研究和（hé）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（děng）爐外精煉裝置中（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，煆燒後的理論（lùn）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（yún）石質耐火（huǒ）材料、鎂白雲石（shí）質（zhì）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（huò）電熔的白雲石做原料的定型（xíng）或不定形耐火（huǒ）材料；鎂白雲（yún）石和鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）是用鎂石與白雲石合成的耐火（huǒ）材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質（zhì）製（zhì）品的高溫使用性（xìng）能（néng），MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高（gāo）溫蠕變越大（dà），抗剝落性能（néng）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（yuè）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（cái）料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼（gāng）水作用的（de）影響

潔淨鋼、特（tè）殊（shū）鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含量要求（qiú）嚴格，需要爐（lú）外精煉除去鋼中雜質（zhì）及夾雜物以及脫氣、調整（zhěng）化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應（yīng），使（shǐ）其（qí）轉移到（dào）爐渣中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢（shì）很低，鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料也適合用（yòng）於冶煉低（dī）氧（yǎng）鋼，是爐外精（jīng）煉冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼（gāng）水、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試（shì）驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮（huī）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）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（liào），在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中（zhōng）的脫（tuō）S反應中（zhōng），要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量（liàng）高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可（kě）能要低。要使O含量低，就要選擇氧（yǎng）勢盡可能低的耐火材（cái）料，Mg與Ca在高溫下以氣態存（cún）在，在鋼水中的溶（róng）解度很小，而（ér）CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用（yòng）鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料。溫度升（shēng）高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火（huǒ）材料同樣也有利脫（tuō）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（zhōng）SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生（shēng）成高熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量（liàng）的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔（róng）渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學（xué）分（fèn）析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存（cún）在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能（néng）的影（yǐng）響

耐火材料對鋼中氧含量（liàng）的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材料中的CaO熱力（lì）學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解（jiě）度很小（xiǎo），被認為是防止鋼（gāng）水增（zēng）氧的有效材（cái）料。

耐火（huǒ）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（de）反應（yīng），檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應（yīng）45min時，脫S效果更好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲（yún）石質鋼包內襯是很必要的，這樣一（yī）方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧（yǎng）化能力，另一方（fāng）麵可以避免（miǎn）強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量（liàng）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（biǎo）明：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼（gāng）中P含量（liàng）大幅度降（jiàng）低，由原始的0.1%降低（dī）到0.01%，進一（yī）步提高CaO含量，鋼中（zhōng）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（yàn）表（biǎo）明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使（shǐ）用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火（huǒ）材料中的水（shuǐ）分以及其中的有機粘（zhān）結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄（zhù）過程中（zhōng），鋼（gāng）包和中間包係統中使用保（bǎo）護套管保護主流時，有機（jī）粘結劑（jì）導致吸H。對鋼包（bāo）、中間包烘烤，能有效地降低鋼水（shuǐ）的吸（xī）H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火（huǒ）材料N含量很低，近年來氮化物在耐（nài）火材料（liào）中應用（yòng）受到關注，如Sialon分解對（duì）鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中（zhōng）間包之間，保護套管非常重要，連（lián）鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可（kě）達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研（yán）究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨（jìng）化（huà）的影（yǐng）響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐（nài）火材料能（néng）去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水（shuǐ）夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣（gài）耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合物，熔點約為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(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形成保護（hù）層（céng），或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質（zhì）耐火材料中的活性CaO含量越高（gāo），吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）性能：梁義（yì）兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼（gāng）冶煉用（yòng）鎂鈣（gài）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較強。燒成白（bái）雲（yún）石磚基質部分致密程度高，較（jiào）不燒白雲石（shí）磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐渣對三（sān）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堿度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的（de）燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕（shí）和滲（shèn）透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出（chū）C3S，使材料表層致密化而（ér）有（yǒu）效（xiào）抑製熔渣（zhā）的滲（shèn）透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

昌都（dōu）鎂磚之（zhī）鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較燒成（chéng）鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂（měi）鈣碳磚比鎂碳磚具（jù）有更（gèng）好的（de）真空（kōng）穩（wěn）定性、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高（gāo），抗剝落性能越好，淨化鋼水的（de）效果也越（yuè）好（hǎo）；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝（bāo）落性能越（yuè）強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的（de）初期渣、中期渣和終期渣（zhā）分別對鎂鈣碳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（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因（yīn）為在磚的界（jiè）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（jiū）結果表明鎂白雲石碳磚（zhuān）高（gāo）溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼水的脫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（zhǐ）鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅（jǐn）數量少，而且尺寸很小和形態（tài）得到（dào）控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使（shǐ）鋼材具有高性能、高品質。在鋼水（shuǐ）從冶煉到精煉的整個過（guò）程中，耐火材料始（shǐ）終與鋼水接觸（chù），一般耐火材料（liào）對鋼水或多或少總有（yǒu）些汙（wū）染，唯有白雲石質（zhì）即鎂鈣（gài）質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中（zhōng）的非金屬夾（jiá）雜物，而且不汙染環境。