徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究（jiū）提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材（cái）料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火（huǒ）材料或多或少（shǎo）地會對（duì）鋼水產（chǎn）生汙（wū）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，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反（fǎn）而能淨化鋼水，並且（qiě）也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加（jiā）。

白雲（yún）石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（shí）（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質（zhì）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（gài）質耐火材料（liào）。

其中，白雲石質耐火材（cái）料是（shì）指全部用煆燒或電熔的白雲石做（zuò）原料的定型或不定形耐（nài）火材料；鎂白雲（yún）石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石與（yǔ）白雲石合成的耐火材（cái）料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用（yòng）性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗（kàng）水化能力越強；CaO含量越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）能和脫（tuō）硫、脫磷（lín）的效（xiào）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部位使用條件，合理選擇鎂（měi）鈣質耐火材料中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石（shí）質（zhì）耐（nài）火材料（liào）對淨（jìng）化鋼水作（zuò）用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐（lú）外精煉除去鋼中雜質及（jí）夾雜物以及脫氣、調整（zhěng）化學成分和（hé）均勻化（huà）等。鎂鈣質（zhì）耐火材料中的遊離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（qù）雜質、淨（jìng）化鋼水（shuǐ）的功（gōng）能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼（gāng）等設備的耐火材料（liào）。近年來（lái），為了淨化鋼水、延長爐（lú）襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材（cái）料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在（zài）真空條件下容（róng）易揮發，而CaO對MgO的揮發性是（shì）有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因（yīn）此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比（bǐ）純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫（tuō）S反應（yīng）中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含（hán）量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的（de）耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，而CaO的氧勢也（yě）很小，因（yīn）此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼（gāng）包中采用CaO含量高即（jí）堿度高的熔渣有利（lì）脫（tuō）P，因（yīn）此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣（gài）質耐火材料同（tóng）樣也有利脫（tuō）P。

鎂鈣（gài）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MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形（xíng）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（zhǔ）要來（lái）自熔渣或精煉設備內襯耐火材料（liào）的水分及有機添加物。熱力（lì）學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除（chú）其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含（hán）量增（zēng）高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性（xìng）能的影響

耐火材料對鋼（gāng）中氧（yǎng）含量（liàng）的影（yǐng）響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶（róng）解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響（xiǎng）：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。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使（shǐ）用（yòng）白雲石質鋼包內（nèi）襯是很必要的（de），這樣一方麵可以盡可能降低鋼包（bāo）內襯（chèn）的再氧化能力，另一方（fāng）麵可以避（bì）免強還（hái）原條件下鋼包渣導（dǎo）致耐火材料的過（guò）度消耗。

耐火材料（liào）對鋼中（zhōng）P含量的（de）影響：匡（kuāng）加才（cái）研究MgO—CaO質澆注料（liào）對鋼中P含量的影響。實驗結果表明（míng）：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼（gāng）中P含量大幅度降（jiàng）低，由原始的0.1%降（jiàng）低到0.01%，進一（yī）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（hán）量的影響：實驗（yàn）表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著（zhe）增C，當同一製品第二次使用（yòng）時，鋼水僅發生輕微增（zēng）C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量（liàng）的影響：耐火材料中的水分以及其中（zhōng）的有機粘（zhān）結劑會對鋼水中（zhōng）的H含量產生顯著影響（xiǎng）。連鑄（zhù）過程中，鋼包和（hé）中間包係（xì）統中使用（yòng）保護套（tào）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（dì）降低鋼水的吸H量。

耐火材（cái）料對鋼中（zhōng）N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含（hán）量很低，近年來氮化（huà）物在（zài）耐火材料中應用受（shòu）到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中（zhōng）間包之（zhī）間，保護套（tào）管（guǎn）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（nài）火材（cái）料對鋼水中夾雜物的（de）影響：田琳等人研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況（kuàng）下，隻有鎂鈣質耐火（huǒ）材料能（néng）去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐（nài）火材料均使鋼水（shuǐ）夾雜物數（shù）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（wù），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（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合（hé）物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐（nài）火材料表（biǎo）麵上剝落下來上浮至保護（hù）渣層中；在鎂鈣質耐火材（cái）料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性（xìng）能：梁（liáng）義兵等（děng）人采用靜態坩堝法（fǎ）研究（jiū）3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗（kàng）渣（zhā）性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲（yún）石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。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更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐（lú）渣對三種磚的（de）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（xìng）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含量低的鎂鈣磚。鎂鈣（gài）質材料具有良好的抵（dǐ）抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣（zhā）與鎂鈣材料作用析出（chū）C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透（tòu）。低堿度熔渣具有較（jiào）強的侵（qīn）蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是熔渣對基質的強溶蝕（shí）並滲透作用。

昌平鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種（zhǒng）類複雜。除具備鎂（měi）鈣（gài）磚的特性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的性能（néng）同時取決於CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性（xìng）能越好（hǎo），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越強。

鎂鈣碳磚的（de）抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及（jí）鎂碳磚的侵蝕進行實驗（yàn）。實驗（yàn）結果表明（míng）：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（luò），蝕損最嚴（yán）重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率（lǜ）反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）中及被渣中∑FeO溶解，所以（yǐ）比MgO—C磚（zhuān）侵蝕（shí）嚴重。

孫（sūn）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，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於（yú）鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐（lú）爐襯。

白雲石質耐火材料對（duì）潔淨鋼的影響

潔淨鋼（gāng）係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金屬夾雜（zá）物不僅數量少，而且尺寸很小（xiǎo）和形態得到控製，合金元素成（chéng）分精準並且分布（bù）均勻，使鋼材具有高（gāo）性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整（zhěng）個過程中，耐火材（cái）料始終（zhōng）與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙（wū）染，唯有白雲石質（zhì）即鎂鈣質耐（nài）火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙（wū）染環境。