徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐（nài）火材料對鋼水的（de）淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會（huì）對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（zhì）（鎂（měi）鈣質（zhì））耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不（bú）但不汙染鋼水，反而能淨（jìng）化鋼水，並且也不汙（wū）染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包（bāo）等爐外精煉（liàn）裝置（zhì）中應用日（rì）益（yì）增加。

白（bái）雲（yún）石與鎂鈣質耐（nài）火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒（shāo）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（qí）中，白雲石質耐火材料是指全部用（yòng）煆燒或電熔的白雲石（shí）做原料的定型或不定（dìng）形耐火材料；鎂白雲（yún）石和鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料是用鎂石與白雲（yún）石合成的耐火材（cái）料。MgO、CaO含量（liàng）的變化影（yǐng）響鎂（měi）鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高溫蠕變越（yuè）大，抗剝落性能和脫硫（liú）、脫磷（lín）的（de）效果越好，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（hé）理選擇鎂（měi）鈣質耐（nài）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、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜（zá）物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾（jiá）雜物以及脫氣、調整化學成分和（hé）均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易（yì）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、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低（dī），鎂鈣質耐火材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（bái）雲石質耐火材料進行了許多試驗研（yán）究（jiū），取得了很好的結果。

MgO在真空條件下（xià）容易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮發性是有影響（xiǎng）的，含（hán）有10%～20%CaO（摩（mó）爾（ěr）分數）就可（kě）使MgO相對揮發（fā）性大大降低。因此，MgO質材料中加（jiā）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（yòng）比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水（shuǐ）中的脫（tuō）S反應中，要使鋼水S含（hán）量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水（shuǐ）中（zhōng）溶解的O含量盡可能要低。要（yào）使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與（yǔ）Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也（yě）很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材（cái）料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含（hán）量高即堿度高的熔（róng）渣有利脫P，因此，用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（dìng）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火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認（rèn）為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的（de）水分，就不存在鋼水中（zhōng）氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水（shuǐ）性能（néng）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耐火材料中的CaO熱力（lì）學穩定（dìng）性高（gāo），具有很低的氧平（píng）衡分壓，在鋼水中（zhōng）的溶解度很（hěn）小，被認為是防止鋼水增氧的有效（xiào）材料。

耐火材（cái）料對鋼中S的影響：田琳等人試（shì）驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中S的反應（yīng），檢驗鎂（měi）鈣質耐火材料的（de）脫S效果。結果表明：在（zài）1600℃下，反應45min時，脫（tuō）S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火（huǒ）材料（liào）的過度（dù）消耗。

耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對（duì）鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆（jiāo）注料中（zhōng）w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降（jiàng）低，由原始（shǐ）的（de）0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含（hán）量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

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

耐（nài）火（huǒ）材（cái）料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火（huǒ）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（lián）鑄過程中，鋼包（bāo）和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸（xī）H。對鋼包、中（zhōng）間包烘（hōng）烤（kǎo），能有效地降（jiàng）低鋼水的吸H量。

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年（nián）來氮化物在耐火材料中應用受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼（gāng）水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套（tào）管非常重（chóng）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雜物的影響：田琳等人（rén）研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材（cái）料對管線鋼鋼水潔淨化的影（yǐng）響，實驗表明：在反應30min的情（qíng）況下（xià），隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中（zhōng）的夾雜物，其餘（yú）的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點（diǎn）約為1400℃左（zuǒ）右，可有效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成（chéng）C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣)高熔點化（huà）合物被吸附鎂鈣質耐（nài）火材料表麵（miàn），形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上（shàng）浮至（zhì）保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性（xìng）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（kàng）侵蝕性能：梁義兵（bīng）等人（rén）采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得（dé）出，CaO含量高的白雲石磚抗高（gāo）堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部（bù）分致密程度高（gāo），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爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度（dù）渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的（de）燒成鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低（dī）的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有（yǒu）良好的（de）抵抗高堿度熔渣的侵（qīn）蝕和滲透能力，這是（shì）因為渣（zhā）與鎂（měi）鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的（de）侵蝕和滲（shèn）透能力（lì），主要是（shì）熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

海澱鎂磚之鎂鈣碳磚的性能（néng）及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒（shāo）成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的（de）特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更（gèng）好的真（zhēn）空穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越（yuè）高（gāo），抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越（yuè）好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗（kàng）剝落（luò）性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中（zhōng）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。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕（shí）損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕（shí）損最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）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，MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高（gāo）溫中及（jí）被渣中∑FeO溶解，所以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明（míng）鎂白（bái）雲石碳磚高溫（wēn）抗氧化性和熱震（zhèn）穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的（de）脫（tuō）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淨（jìng）鋼的影響（xiǎng）

潔（jié）淨鋼係（xì）指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很（hěn）小和形態得到控（kòng）製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高（gāo）性能、高（gāo）品質。在鋼水從冶煉到（dào）精煉的整個過程（chéng）中，耐火材料始終（zhōng）與鋼水接觸，一（yī）般耐火材料（liào）對鋼水（shuǐ）或多或少總有些汙（wū）染，唯有白雲石質即鎂鈣（gài）質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金（jīn）屬夾雜物（wù），而且不（bú）汙染環境。