徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮（lǜ）與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用（yòng），總是認為耐火材料或多或少地會對（duì）鋼水產生汙染。可是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣質）耐（nài）火材料（liào）的理論研究和實際試驗，得（dé）出鎂鈣質（zhì）材料不但不汙染鋼水，反而（ér）能淨化（huà）鋼水，並（bìng）且也不汙（wū）染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉（liàn）裝置中應用日益增（zēng）加。

白雲石與鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料（liào）的特征

白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後（hòu）的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂（měi）鈣質耐火材（cái）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（liào）。

其中，白雲石質耐火（huǒ）材料是指全部用煆（duàn）燒或電熔的白雲石做原料（liào）的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含量的（de）變化影響（xiǎng）鎂鈣質製品的高溫使用（yòng）性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含（hán）量越高，抗（kàng）高SiO2熔渣的能力越強，高溫（wēn）蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但（dàn）抗水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。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（tiáo）件，合理選擇鎂（měi）鈣質耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼（gāng）水作用（yòng）的影響

潔淨鋼（gāng）、特殊鋼等對鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴（yán）格，需要爐外（wài）精煉除去鋼中雜質及（jí）夾（jiá）雜（zá）物以及（jí）脫氣、調整化（huà）學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材（cái）料中的遊離（lí）CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等（děng）雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔（jié）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、延長爐襯壽（shòu）命、降低耐（nài）火（huǒ）材料消耗，研究人員對白雲（yún）石質耐火材料（liào）進（jìn）行了許多試驗研究，取得了很好（hǎo）的結（jié）果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，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（wēn）真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐火材料更（gèng）合適。

鋼水中的脫S反應（yīng）中，要使鋼水S含（hán）量低，熔渣必須是CaO含量高（gāo）的高堿（jiǎn）度渣，並且鋼水中溶解的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（de）耐火材料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶（róng）解度很小，而CaO的氧勢也很（hěn）小，因此，精（jīng）煉設備應該選用鎂鈣質（zhì）耐火材料。溫度（dù）升高不利於（yú）脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的（de）熔渣有利脫P，因此（cǐ），用（yòng）CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料（liào）的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是（shì）熔渣中SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐火材（cái）料（liào）中的CaO反應生成高熔點（diǎn）化（huà）合物C2S或C3S,形成（chéng）保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關（guān）於H含量的問題，采（cǎi）用真空（kōng）精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火（huǒ）材料的水分及有機添加物（wù）。熱力學分析認為（wéi）：要在1200℃下長期烘烤，充分（fèn）排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量（liàng）增高問題。

鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料對鋼水性能的（de）影響

耐火材（cái）料（liào）對鋼（gāng）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（xìng）高，具有很低的氧平衡分壓（yā），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（gāng）中S的影響：田琳等人（rén）試驗（yàn）研究鎂鈣磚與鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗鎂鈣質耐火（huǒ）材料的脫S效果（guǒ）。結果表明：在1600℃下，反（fǎn）應45min時，脫（tuō）S效果更好，脫S率達70.12%；超過（guò）45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼（gāng）包內襯是很必（bì）要的，這樣一方麵可（kě）以（yǐ）盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方（fāng）麵可（kě）以（yǐ）避（bì）免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度（dù）消耗。

耐火（huǒ）材（cái）料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中P含量的影響。實（shí）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，由原始的0.1%降（jiàng）低到（dào）0.01%，進一（yī）步提高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅有小幅度降低。

耐火材（cái）料（liào）對鋼（gāng）水碳含量的影（yǐng）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（shí），鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對（duì）鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對（duì）鋼水（shuǐ）中的H含量產（chǎn）生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中（zhōng）間包係統中使用保護套管保護主流（liú）時，有機粘結劑導（dǎo）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（cái）料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受（shòu）到關注，如Sialon分解對鋼（gāng）水造成增N。更大的增（zēng）N量在鋼包與中間包之間，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（měi）鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表（biǎo）明：在反應（yīng）30min的情況下（xià），隻有鎂鈣質耐火材料能去除（chú）鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐（nài）火材料均使（shǐ）鋼水夾（jiá）雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐（nài）火材（cái）料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化（huà）合（hé）物（wù），熔點約為1400℃左（zuǒ）右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵，形成保護層，或者從（cóng）鎂鈣（gài）質耐火材料表麵上剝落下來上（shàng）浮至保護渣層中；在鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物（wù）的能力越（yuè）強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性（xìng）能：梁義兵等人（rén）采用靜態坩堝法研究3種不鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高（gāo）堿度的（de）AOD渣侵（qīn）蝕和滲透能力比（bǐ）較（jiào）強。燒成白雲石磚基質部分致密（mì）程度（dù）高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高（gāo）堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對（duì）三種磚的侵蝕（shí）和滲（shèn）透比高堿度渣嚴重得多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵（qīn）蝕性明顯好於不燒（shāo）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。鎂鈣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（shì）因為（wéi）渣與鎂（měi）鈣材料作用析（xī）出C3S，使材料表層（céng）致（zhì）密化而有效抑製（zhì）熔渣（zhā）的滲透。低堿（jiǎn）度熔渣具有較強的侵蝕和滲透（tòu）能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

滁州鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的（de）性能及抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具（jù）備（bèi）鎂鈣磚的（de）特性（xìng）外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的（de）真空穩定性、抗熱（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。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用（yòng）煉鋼（gāng）轉（zhuǎn）爐的初期渣、中期渣和終期渣分（fèn）別對（duì）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（bāo）落，蝕（shí）損最嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）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磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因為（wéi）其在高溫中及被渣中∑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（zhuān）高溫抗氧化性和熱（rè）震穩定性好，抗酸性熔（róng）渣能力強；而且磚中的CaO有（yǒu）利於（yú）鋼水的脫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（jié）淨鋼的（de）影響

潔淨鋼係指鋼中有（yǒu）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，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分（fèn）精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材（cái）具有高性（xìng）能、高品質。在鋼水從冶（yě）煉到精煉的（de）整個過程中，耐火材料始終與（yǔ）鋼（gāng）水接觸，一般耐火材料對鋼水（shuǐ）或多或少總有些汙染，唯有白雲石質（zhì）即鎂鈣質耐火材（cái）料能淨化鋼水，除去鋼中（zhōng）的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。