徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度（dù）研究提高鋼的純淨度，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（shì）認為耐火材料或多或少地會對（duì）鋼水產（chǎn）生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究（jiū）和實際試驗（yàn），得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能（néng）淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲（yún）石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原（yuán）料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂（měi）鈣質耐火材料主要包（bāo）括白雲石質耐火材料（liào）、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）。

其中，白雲石質耐火材料（liào）是指全（quán）部用煆燒或電熔的白雲石做原料（liào）的定型（xíng）或不定形耐（nài）火材料；鎂白雲石（shí）和鎂鈣質耐火材料（liào）是用鎂石與（yǔ）白雲石（shí）合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣（gài）質製品的高溫使用性能（néng），MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗（kàng）水化能力越（yuè）強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力（lì）越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能（néng）和脫硫、脫磷的（de）效果越好，但抗（kàng）水化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能越差。因此，應該（gāi）根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選（xuǎn）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（yòng）的影響

潔淨鋼（gāng）、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（hán）量要求嚴格，需要爐外精煉（liàn）除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分（fèn）和均勻化（huà）等。鎂鈣質耐火材料中的（de）遊離（lí）CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉（zhuǎn）移到爐（lú）渣中，具有除去雜質、淨化（huà）鋼水的（de）功能。由於CaO的氧勢很（hěn）低，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、特殊鋼等設備的耐火材料。近（jìn）年（nián）來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人（rén）員對（duì）白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得（dé）了很好的（de）結果。

MgO在真空（kōng）條件下容易揮（huī）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（kě）使MgO相對揮（huī）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（cái）料更合適。

鋼水中的脫S反應中（zhōng），要使鋼水S含量（liàng）低，熔（róng）渣必（bì）須是CaO含量（liàng）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（shì）盡可能低（dī）的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，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。溫（wēn）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（yòng）CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩（wěn）定性高、抗渣滲透性好，特別是熔（róng）渣（zhā）中（zhōng）SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生（shēng）成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲（shèn）透（tòu）。

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

鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料（liào）對鋼水性能（néng）的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中（zhōng）的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧（yǎng）平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防（fáng）止（zhǐ）鋼水增氧的有效材（cái）料。

耐火（huǒ）材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究（jiū）鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，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（xiào）果，使用白雲石（shí）質鋼包內（nèi）襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的（de）再氧化能力（lì），另一（yī）方麵可以避免強還原條件下（xià）鋼包渣導致耐（nài）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質澆注料對鋼中P含量的影（yǐng）響。實驗結果表明（míng）：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小（xiǎo）幅度降低。

耐（nài）火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含（hán）C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕（qīng）微增C。

耐火材料對（duì）鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料（liào）中（zhōng）的水分以及其中的有（yǒu）機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中（zhōng）間包係統中使用（yòng）保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸（xī）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（jìn）年來氮化物在耐火材料中應用（yòng）受到關（guān）注，如Sialon分解對（duì）鋼水造成增N。更大的增N量（liàng）在鋼包與（yǔ）中間包（bāo）之間，保護套管非（fēi）常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材料（liào）對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、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的情況下，隻有鎂（měi）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）使鋼水夾雜物數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複（fù）合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣（gài）)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點（diǎn）化合物（wù）被吸附鎂鈣質耐（nài）火材料表麵，形（xíng）成保護層，或者從（cóng）鎂鈣質耐火材（cái）料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含（hán）量越高，吸附鋼（gāng）水中夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣（gài）質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采（cǎi）用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂（měi）鈣磚的（de）抗渣（zhā）性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石（shí）磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力（lì）比較強。燒（shāo）成白雲石磚基（jī）質部分致密（mì）程度高，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（zhuān）的侵蝕（shí）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渣侵（qīn）蝕性明（míng）顯好於不燒鎂（měi）鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能（néng）力（lì）好於（yú）CaO含量低的鎂（měi）鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的（de）抵抗高堿度熔渣的侵（qīn）蝕和滲透能力，這是因（yīn）為渣與鎂（měi）鈣材料作用析出C3S，使材料表層致（zhì）密化而有效抑製熔渣（zhā）的滲透。低堿度熔（róng）渣具（jù）有較強的（de）侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透（tòu）作用。

海東鎂磚之鎂鈣碳磚的性能（néng）及抗侵蝕（shí）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。除具備鎂鈣磚的（de）特性外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）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C的含量。CaO含量越（yuè）高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好（hǎo）；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越（yuè）強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研究：崔（cuī）淑賢等人采用煉（liàn）鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂（měi）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磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構（gòu）剝落（luò），蝕損最嚴重（chóng）；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的（de）界麵上產生了C2S保（bǎo）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磚高0.4%和1.2%，因為其（qí）在高溫中及被渣中∑FeO溶解（jiě），所以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高（gāo）溫（wēn）抗氧化（huà）性和熱震穩定（dìng）性好，抗酸性熔渣（zhā）能力強；而且磚中的CaO有利（lì）於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指（zhǐ）鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬夾（jiá）雜（zá）物不僅數（shù）量少，而且尺（chǐ）寸很小和形態得到控（kòng）製，合金元素成分精準並且分布均（jun1）勻，使鋼材具有高性能、高（gāo）品質。在鋼水從冶煉到精煉的（de）整個過（guò）程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般（bān）耐火材料對鋼水或多或（huò）少總有些汙染，唯有白雲（yún）石質即鎂鈣質（zhì）耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾（jiá）雜（zá）物，而且（qiě）不汙染環境。