徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼工（gōng）藝的角度研究提高鋼（gāng）的純淨（jìng）度，沒有考慮與（yǔ）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（wéi）耐火（huǒ）材料或多或少地（dì）會對鋼水產生汙染。可是通（tōng）過對白雲石質（鎂鈣（gài）質）耐火（huǒ）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（gāng）水，反（fǎn）而能淨化鋼（gāng）水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置（zhì）中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特（tè）征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料（liào），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、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部（bù）用煆燒（shāo）或電熔的白雲石（shí）做原料的定型或不定形耐火材（cái）料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材（cái）料是用鎂石與白雲石合成的耐火（huǒ）材料（liào）。MgO、CaO含量的變（biàn）化影（yǐng）響鎂鈣質製品的（de）高溫使用性能，MgO含量越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗（kàng）水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫（tuō）硫、脫磷的效果越好（hǎo），但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應（yīng）該根（gēn）據爐外精（jīng）煉等（děng）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（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的（de）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（jiá）雜物的含（hán）量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化（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（qí）轉移到爐渣中，具（jù）有除去雜質、淨化鋼水的功能（néng）。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼等設備的耐火（huǒ）材料。近（jìn）年來，為了淨化（huà）鋼（gāng）水、延（yán）長爐襯（chèn）壽（shòu）命、降低耐火（huǒ）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，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易（yì）揮發（fā），而CaO對MgO的揮發性是有影響（xiǎng）的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相（xiàng）對揮（huī）發性大大降低。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（xià）使用比（bǐ）純MgO質（zhì）耐火材料更合適。

鋼（gāng）水中的脫S反應中，要（yào）使鋼（gāng）水S含量低，熔（róng）渣必須是CaO含量高的高堿（jiǎn）度渣，並且鋼水中溶解的（de）O含量盡可（kě）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在高溫（wēn）下以氣態存在，在鋼（gāng）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火材料（liào）。溫度升高不利於脫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（zhì）耐火材料同樣也有（yǒu）利脫P。

鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料的熱震穩定性高、抗渣滲透（tòu）性好，特（tè）別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於（yú）H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐（nài）火材料的水分及（jí）有機添加（jiā）物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料對（duì）鋼水性能的影響

耐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熱力學穩定性高，具有很低（dī）的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認（rèn）為（wéi）是防止鋼水增氧的有效材料。

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，檢驗鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料（liào）的脫（tuō）S效果。結果表明：在1600℃下（xià），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（huí）S”現象。為了使（shǐ）鋼包（bāo）獲得有效的脫S效（xiào）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能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方（fāng）麵可以避免強還（hái）原（yuán）條件下鋼包渣（zhā）導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料（liào）對鋼中P含量的影響（xiǎng）。實驗結果表明（míng）：當澆注料（liào）中w（CaO）為25%時，鋼中P含量（liàng）大（dà）幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進（jìn）一步提高（gāo）CaO含量（liàng），鋼中（zhōng）P含量（liàng）僅有小幅度降低。

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（zēng）C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕（qīng）微增C。

耐火材料對鋼（gāng）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（jié）劑會對鋼水中的H含量產（chǎn）生（shēng）顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包（bāo）係統中使用保護套管保護（hù）主流時，有機粘結（jié）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（nài）火（huǒ）材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材（cái）料N含量很低（dī），近年來氮化物在耐火（huǒ）材料中應用受到關注，如Sialon分解（jiě）對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包（bāo）之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水（shuǐ）口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾（jiá）雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻（gè）耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在（zài）反應（yīng）30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料（liào）能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均（jun1）使（shǐ）鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的（de）複合化（huà）合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應（yīng）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（chéng）保（bǎo）護層，或者從鎂鈣質耐火材料（liào）表麵上剝落下來上浮至保護渣（zhā）層中；在鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的活性CaO含量（liàng）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能：梁（liáng）義（yì）兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶（yě）煉用（yòng）鎂鈣磚的抗（kàng）渣性。試驗結果得出（chū），CaO含量高的白雲（yún）石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲（shèn）透能力比較強。燒成（chéng）白雲石磚基質（zhì）部分致密程度高，較不（bú）燒白雲石磚（zhuān）具有（yǒu）更好的抗高堿度（dù）渣侵蝕性（xìng）。堿度較（jiào）低的VOD爐渣對三（sān）種磚的侵（qīn）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（zhā）侵蝕性明顯好於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的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（měi）鈣質材料具有良好的抵抗高（gāo）堿度熔渣的侵蝕和滲（shèn）透能力（lì），這是因（yīn）為渣與鎂鈣材料作（zuò）用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔（róng）渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲（shèn）透能力，主要是熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透作用。

崇明鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具（jù）有更好（hǎo）的真空穩定性、抗熱震性。鎂（měi）鈣碳磚（zhuān）的性能同時取決（jué）於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，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。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究（jiū）：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期（qī）渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳（tàn）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（shì）因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，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（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕損（sǔn）率反（fǎn）而分別（bié）比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因（yīn）為其（qí）在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重。

孫惠章（zhāng）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（yǒu）利於鋼水的脫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（liào）對潔淨（jìng）鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬（shǔ）夾雜物不僅數量少，而且尺（chǐ）寸很小和形態得到控製，合金元素（sù）成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品（pǐn）質（zhì）。在鋼（gāng）水從冶煉到（dào）精煉的整個過程中，耐火材（cái）料始終與鋼水接（jiē）觸，一般耐火材料對鋼（gāng）水或多或少總有些汙染，唯有（yǒu）白雲石質即（jí）鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。