徐平坤

以（yǐ）前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨（jìng）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，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼（gāng）水（shuǐ）產生汙染。可是（shì）通過對（duì）白雲石質（zhì）（鎂鈣（gài）質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不（bú）但不汙染（rǎn）鋼水，反而能淨化鋼水（shuǐ），並且也不汙（wū）染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質（zhì）耐火材料的（de）特征

白雲（yún）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（liào）、鎂白雲石質（zhì）耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質（zhì）耐火材料是（shì）指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型（xíng）或不（bú）定（dìng）形耐火材料；鎂白雲石和（hé）鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量（liàng）的（de）變（biàn）化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，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（gāo）SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高溫蠕變越大，抗剝落（luò）性能和脫硫、脫磷（lín）的效果越好，但抗水化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越差。因此（cǐ），應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件（jiàn），合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼（gāng）中（zhōng）的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調（diào）整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶煉（liàn）低氧鋼，是（shì）爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石（shí）質耐火材料進行了（le）許多試驗研究，取得了很好的結（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（ěr）分數）就可使MgO相（xiàng）對揮發性（xìng）大大降低。因此（cǐ），MgO質材（cái）料中加入（rù）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純MgO質耐火材料更合適。

鋼水（shuǐ）中（zhōng）的脫S反應中，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（róng）解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可（kě）能（néng）低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣（qì）態存（cún）在，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設（shè）備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度（dù）升高不（bú）利於脫P，但鋼包中（zhōng）采用CaO含量高即堿（jiǎn）度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含（hán）量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐（nài）火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是（shì）熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火（huǒ）材料中的CaO反應生成高（gāo）熔點化（huà）合物C2S或C3S,形成保（bǎo）護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含（hán）量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔（róng）渣或精（jīng）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℃下長期烘烤，充分排除其中的水（shuǐ）分，就不存在鋼水中（zhōng）氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼（gāng）中氧（yǎng）含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料（liào）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，被認為（wéi）是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火（huǒ）材（cái）料對鋼（gāng）中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣（gài）磚與鋼水中S的（de）反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結（jié）果表明：在1600℃下，反應45min時（shí），脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率（lǜ）降（jiàng）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（shí）質鋼（gāng）包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡（jìn）可能（néng）降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避（bì）免強還原條件（jiàn）下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含（hán）量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為（wéi）25%時，鋼中P含量大幅度降低，由（yóu）原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材（cái）料對鋼（gāng）水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火（huǒ）材料（liào），鋼水（shuǐ）顯著（zhe）增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

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

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的（de）影響（xiǎng）：傳統（tǒng）耐火材料N含（hán）量很低（dī），近年（nián）來氮（dàn）化物（wù）在耐火（huǒ）材料中應用受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的（de）增（zēng）N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連（lián）鑄（zhù）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（liào）對鋼水（shuǐ）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（guǎn）線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況（kuàng）下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾（jiá）雜物，其餘的堿（jiǎn）性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與（yǔ）Al2O3反應生（shēng）成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約（yuē）為1400℃左右，可有效地去除（chú）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表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至（zhì）保護渣層中；在鎂鈣（gài）質耐火材料中的活（huó）性CaO含量越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物的（de）能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉（liàn）用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結（jié）果（guǒ）得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度（dù）高，較不燒白雲石磚具（jù）有更好的抗高堿度渣（zhā）侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的（de）侵蝕和（hé）滲透比高堿度渣嚴（yán）重得多。相（xiàng）對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣（gài）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堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使（shǐ）材料表（biǎo）層致密化而（ér）有（yǒu）效抑製熔渣的滲透（tòu）。低堿度熔渣具（jù）有較強的侵蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是熔渣對基質（zhì）的強溶（róng）蝕並滲透作用。

防城港鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳磚的性能及抗侵（qīn）蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備（bèi）鎂（měi）鈣磚的特性外，鎂鈣（gài）碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及（jí）C的含量。CaO含量（liàng）越（yuè）高，抗剝落性能越（yuè）好（hǎo），淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗（kàng）渣侵蝕和抗剝（bāo）落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等（děng）人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和（hé）終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表（biǎo）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（shēng）結構剝落，蝕損（sǔn）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（zhōng）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（zhuān）侵蝕嚴重。

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

白雲石質耐火材（cái）料對潔淨鋼的（de）影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少，非金屬夾雜物不僅數（shù）量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合（hé）金元素成分精準並（bìng）且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在（zài）鋼水從冶煉到（dào）精煉的（de）整個過程中，耐火材料始終與（yǔ）鋼水接觸，一般耐（nài）火材料對鋼水或多或少（shǎo）總有些汙染，唯有白雲石質即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（jìng）。