徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有（yǒu）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（liào）或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材（cái）料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置（zhì）中應用日益增（zēng）加。

白雲石（shí）與鎂鈣質耐火材料的（de）特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的（de）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、鎂白雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料。

其（qí）中（zhōng），白雲石質（zhì）耐火（huǒ）材料是指全部用煆燒或電熔（róng）的白雲（yún）石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐（nài）火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質（zhì）製品的高溫使用性能，MgO含量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）能和脫硫（liú）、脫磷的效果越好，但抗水化（huà）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（yòng）條件，合理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐火材料對淨（jìng）化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量要求（qiú）嚴格，需要爐外（wài）精煉除去鋼中（zhōng）雜（zá）質及夾雜物以及脫氣（qì）、調整化學成分和（hé）均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼（gāng）水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中（zhōng），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（huǒ）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、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長（zhǎng）爐襯（chèn）壽（shòu）命（mìng）、降低耐火（huǒ）材料消耗（hào），研究人員對白雲石質耐火（huǒ）材（cái）料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮（huī）發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對（duì）揮發性大大降低。因此，MgO質（zhì）材料中加入一定量（liàng）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。

鋼水中的脫S反應（yīng）中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含（hán）量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低（dī）。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（zài）高溫下以（yǐ）氣態存在，在（zài）鋼水中的溶解度很小，而（ér）CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此（cǐ），精煉設備應該選用鎂鈣（gài）質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但（dàn）鋼包中采用CaO含量高即堿度（dù）高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣（gài）質（zhì）耐火（huǒ）材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的熱震穩定性高、抗渣滲（shèn）透性好（hǎo），特別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入會與MgO-CaO耐（nài）火材料中的CaO反（fǎn）應生成高（gāo）熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護（hù）層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精（jīng）煉，其H主要來自熔渣或（huò）精煉設備內（nèi）襯耐火材（cái）料的（de）水分及有機添加物。熱（rè）力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存（cún）在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣（gài）質耐火材料對鋼（gāng）水性能的（de）影響

耐火材料對鋼中氧含（hán）量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的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（jiě）度很小，被認為是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的（de）影響：田琳（lín）等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗（yàn）鎂鈣質耐火材料的（de）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（tuō）S效果，使用白雲石質鋼包（bāo）內襯是很必要的，這樣（yàng）一（yī）方麵可以盡（jìn）可（kě）能降（jiàng）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（gāng）包（bāo）渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材（cái）料對鋼中P含量的影響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質澆（jiāo）注料（liào）對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當（dāng）澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量（liàng）大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步（bù）提高CaO含量，鋼中P含（hán）量僅有小（xiǎo）幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影（yǐng）響：實驗表（biǎo）明，使用含C耐（nài）火材（cái）料，鋼水顯（xiǎn）著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火（huǒ）材料對鋼中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）鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包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H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地（dì）降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量（liàng）的影響：傳統耐火材料（liào）N含量很低，近年來（lái）氮化（huà）物在耐火材料中應用受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼水造成增N。更大（dà）的增N量在鋼包與中間包（bāo）之間，保護套管（guǎn）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雜物的影響：田琳等人（rén）研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、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的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐火材料能去除鋼（gāng）水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量（liàng）增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂鈣（gài）耐火材料中的CaO反應，如CaO與（yǔ）Al2O3反應生（shēng）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)和C3S(矽酸三鈣)高熔點（diǎn）化合物被（bèi）吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵上剝落下來上浮至保護渣（zhā）層中；在鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的活性CaO含（hán）量越高，吸附（fù）鋼水中夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂（měi）鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩（gān）堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚（zhuān）的抗渣性。試驗結果得（dé）出，CaO含量高的白雲石（shí）磚抗高堿度的AOD渣侵（qīn）蝕和（hé）滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的（de）抗高堿（jiǎn）度渣侵蝕性。堿度較（jiào）低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣（zhā）侵蝕性明顯好於（yú）不燒鎂鈣磚，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（gài）磚（zhuān）。鎂（měi）鈣質材料具有（yǒu）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（zuò）用析（xī）出C3S，使材料表層（céng）致密化而有效抑製熔（róng）渣的滲透。低堿度熔渣（zhā）具有較強的侵蝕和滲透（tòu）能力，主要是熔渣對基（jī）質的強溶蝕並滲透作用。

海南鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及（jí）抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更（gèng）好的真空穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚（zhuān）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，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼（gāng）轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚的侵蝕進（jìn）行實驗（yàn）。實驗結果表明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕（shí）損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生結構（gòu）剝落，蝕損（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕，是因為在磚的界麵上產生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和（hé）終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為其（qí）在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

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

白雲石質（zhì）耐火材料對潔淨（jìng）鋼的影響

潔淨鋼係（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，而且尺寸很小和（hé）形態得（dé）到控製，合金元素成（chéng）分精準並且分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品質。在鋼水從（cóng）冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始（shǐ）終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少（shǎo）總有些汙染，唯有白（bái）雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中（zhōng）的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。