徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的角度研（yán）究提高鋼的純淨度，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（huò）少地（dì）會對鋼（gāng）水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材（cái）料的理論研究和實際（jì）試驗（yàn），得出鎂鈣（gài）質材料不（bú）但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在（zài）AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐外精煉裝置中應（yīng）用（yòng）日益（yì）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，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火（huǒ）材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐（nài）火材料是指全部用煆燒或電熔（róng）的白雲石做原料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（cái）料（liào）。MgO、CaO含量的變化（huà）影響鎂鈣質製品（pǐn）的（de）高（gāo）溫（wēn）使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）力越強（qiáng）；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的（de）能力越（yuè）強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和（hé）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，合理選擇鎂鈣（gài）質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化（huà）鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要（yào）求嚴格，需要爐外（wài）精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫（tuō）氣、調整化學（xué）成分和均（jun1）勻化等。鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料中（zhōng）的遊（yóu）離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉移到爐渣中，具有除去（qù）雜質、淨化鋼水（shuǐ）的功能。由於CaO的氧勢很（hěn）低，鎂鈣質耐火材（cái）料也適合用於冶煉低氧鋼，是（shì）爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊鋼等設備的耐火材料。近年（nián）來，為了（le）淨化（huà）鋼水、延長爐（lú）襯壽命、降低耐火材料消耗，研究（jiū）人員對白（bái）雲石質耐火材料（liào）進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下（xià）容（róng）易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相（xiàng）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，在高溫真（zhēn）空條件下使用比純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在高溫下以氣態存在，在鋼（gāng）水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因（yīn）此，精煉設備應該選用（yòng）鎂（měi）鈣質耐火材料。溫（wēn）度升高不利於脫P，但鋼包中（zhōng）采（cǎi）用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣質耐火材料（liào）同樣也有（yǒu）利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱（rè）震穩定性高、抗渣滲透性好，特別（bié）是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成（chéng）高熔點化合物（wù）C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製熔渣的滲（shèn）透。

關於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火材料的水分及有機（jī）添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充分排除其中的（de）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的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王（wáng）龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的（de）溶解度很小，被認為是防止鋼（gāng）水增氧的有效材料。

耐火材料對（duì）鋼中S的影響：田琳等（děng）人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料的脫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，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡（jìn）可能降低（dī）鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可（kě）以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火（huǒ）材料的過度消耗。

耐（nài）火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼（gāng）中（zhōng）P含（hán）量的影響。實驗結（jié）果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含量大幅度降低，由原始（shǐ）的0.1%降低（dī）到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量（liàng）僅有（yǒu）小幅度降低。

耐（nài）火（huǒ）材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用（yòng）含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一（yī）製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增（zēng）C。

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

耐火材料對鋼中N(氮（dàn）)含量的影響：傳統耐火（huǒ）材料N含（hán）量很低（dī），近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如（rú）Sialon分（fèn）解對鋼水造成增N。更大的增（zēng）N量（liàng）在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要（yào），連鑄的增N點就是長水（shuǐ）口保護，此（cǐ）處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂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（qíng）況（kuàng）下，隻有鎂（měi）鈣質耐火材料能去除鋼（gāng）水中的夾雜物，其（qí）餘的堿（jiǎn）性耐（nài）火材料均使鋼水（shuǐ）夾雜（zá）物數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可與鎂鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右（yòu），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（suān）三鈣)高熔點化（huà）合物被吸附（fù）鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵，形（xíng）成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下（xià）來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性（xìng）CaO含量（liàng）越高，吸附鋼水中夾雜（zá）物的能（néng）力越強。

鎂鈣質耐（nài）火材料的抗侵（qīn）蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝（guō）法研（yán）究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗（kàng）渣性。試驗結果（guǒ）得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度（dù）的（de）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（zhuān）具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的（de）VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多（duō）。相對（duì）而（ér）言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵（qīn）蝕能力好於CaO含量低的鎂（měi）鈣磚。鎂（měi）鈣質材料具有良好（hǎo）的抵抗高（gāo）堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為（wéi）渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化（huà）而有效抑製（zhì）熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕（shí）和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶（róng）蝕（shí）並滲透作用（yòng）。

鄂爾多斯鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵（qīn）蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類（lèi）複雜。除具備鎂（měi）鈣磚的特（tè）性（xìng）外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂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（kàng）剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究（jiū）：崔淑賢等人采用（yòng）煉（liàn）鋼轉爐的（de）初期（qī）渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂（měi）碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣（zhā）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，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在（zài）磚的界麵上（shàng）產生了（le）C2S保護層；可是（shì）中（zhōng）期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分（fèn）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（chóng）。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚（zhuān）高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性（xìng）熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼（gāng）水的脫O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉鋼（gāng）的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨（jìng）鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素（sù）成分精準並且分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高（gāo）品（pǐn）質（zhì）。在鋼（gāng）水從冶煉到精煉（liàn）的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或（huò）多（duō）或少總（zǒng）有些（xiē）汙染，唯有白（bái）雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非（fēi）金屬夾雜物，而（ér）且不汙染環境。