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（lǜ）與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐（nài）火材料對（duì）鋼水（shuǐ）的淨（jìng）化作用，總是認為耐火（huǒ）材料（liào）或多或少地會對鋼水產（chǎn）生（shēng）汙染（rǎn）。可是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣質（zhì））耐火材料（liào）的理論研究和實際試驗，得出（chū）鎂鈣質材料不但不汙染（rǎn）鋼水，反（fǎn）而（ér）能淨化鋼水，並且也（yě）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。

白雲石（shí）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（zǔ）成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質（zhì）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、鎂鈣（gài）質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是（shì）指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定（dìng）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（de）耐火材料。MgO、CaO含量的（de）變化影響鎂鈣質製（zhì）品的高溫（wēn）使用性能，MgO含量（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高（gāo），抗高（gāo）SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高（gāo）溫蠕（rú）變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷（lín）的效（xiào）果越好，但抗水（shuǐ）化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應（yīng）該根據（jù）爐外精煉等熱工設備的不同（tóng）部（bù）位使用（yòng）條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石（shí）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）中的雜質O、S、P、C、H、N等元（yuán）素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉（liàn）除去鋼中（zhōng）雜質（zhì）及夾雜物（wù）以及脫氣、調整化學（xué）成（chéng）分和均（jun1）勻化等（děng）。鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）中的遊離（lí）CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到（dào）爐（lú）渣中，具有除去（qù）雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合（hé）用於冶（yě）煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼（gāng）、特（tè）殊鋼等設備的耐火材（cái）料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐（lú）襯壽命、降低耐火材料消耗（hào），研究（jiū）人員對白雲石質耐火材料進行（háng）了許多試（shì）驗研究，取得（dé）了很好（hǎo）的結果。

MgO在真空條件下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含（hán）有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分（fèn）數）就（jiù）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（huǒ）材料，在高溫（wēn）真空條件（jiàn）下（xià）使用（yòng）比純MgO質耐火材料更（gèng）合適。

鋼水（shuǐ）中的脫S反應中，要使鋼水S含量（liàng）低，熔渣必須（xū）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（yào）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，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小（xiǎo），因此，精煉設備應該選用鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料。溫度升高（gāo）不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利（lì）脫（tuō）P，因此（cǐ），用CaO含量（liàng）高的鎂鈣質耐火材料（liào）同樣也有利脫P。

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

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或（huò）精煉設備內襯耐（nài）火材料的水分及有機添（tiān）加物（wù）。熱力學分析認為：要在（zài）1200℃下長期烘烤，充（chōng）分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（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（duì）鋼中氧含量的影響：王龍光（guāng）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（fèn）壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增（zēng）氧的（de）有效材料。

耐火材（cái）料對（duì）鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應（yīng），檢驗（yàn）鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結（jié）果表明：在（zài）1600℃下，反應45min時（shí），脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低（dī），出現“回S”現象。為了使鋼（gāng）包獲得有效的脫S效果（guǒ），使用白雲石質鋼包內襯是很（hěn）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（miǎn）強還原（yuán）條件下鋼包渣導致耐火材料的（de）過度（dù）消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才（cái）研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含（hán）量的影響。實（shí）驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼（gāng）中P含量（liàng）大幅度（dù）降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實（shí）驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當（dāng）同一（yī）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：耐火材料中的水（shuǐ）分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量（liàng）產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和（hé）中間包係統（tǒng）中（zhōng）使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸（xī）H。對鋼包（bāo）、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中（zhōng）N(氮)含量的影響（xiǎng）：傳統耐火材料N含量很（hěn）低，近年來氮化物在耐火材料中（zhōng）應用受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼（gāng）包與中間包之間，保護套管非常重要（yào），連（lián）鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響（xiǎng）：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對（duì）管線鋼鋼水潔淨化的（de）影響，實驗（yàn）表（biǎo）明：在（zài）反應30min的情況下，隻有鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料能去除鋼水中的（de）夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火（huǒ）材料中的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地（dì）去除鋼中Al2O3夾（jiá）雜（zá）物。CaO與SiO2反（fǎn）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（liào）表麵，形成保護層，或者從（cóng）鎂鈣質（zhì）耐火材料表（biǎo）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含量越高，吸附（fù）鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜（jìng）態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含（hán）量高的（de）白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透（tòu）能力比較強（qiáng）。燒成白雲（yún）石磚基質部分致密程度高，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（lú）渣（zhā）對三（sān）種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多（duō）。相對而言，燒成的鎂（měi）鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕性明（míng）顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力（lì）好（hǎo）於CaO含量低的（de）鎂鈣磚。鎂鈣質材料（liào）具（jù）有良好（hǎo）的抵抗高堿度熔渣（zhā）的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材（cái）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侵蝕和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質（zhì）的強溶蝕並滲（shèn）透作用。

鶴壁鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂鈣磚（zhuān）種類複雜（zá）。除具備鎂（měi）鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更（gèng）好（hǎo）的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性能同（tóng）時取決（jué）於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越（yuè）好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越（yuè）高，抗（kàng）渣侵蝕和抗剝落（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、中期渣和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（zhuān）蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落（luò），蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較（jiào）輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可（kě）是中（zhōng）期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反（fǎn）而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為（wéi）其在高溫中及被渣中∑FeO溶（róng）解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕（shí）嚴重。

孫惠（huì）章等人研究結果表明鎂（měi）白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱（rè）震穩定性好，抗（kàng）酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼（gāng）水（shuǐ）的（de）脫O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉鋼的電爐（lú）爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨（jìng）鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬夾雜物不僅數量少，而且（qiě）尺寸（cùn）很小和形態（tài）得到控製，合金元素成分（fèn）精準並且分布均勻，使鋼材具（jù）有高性（xìng）能、高品質。在鋼水從冶（yě）煉（liàn）到精煉的（de）整個過程中，耐火材（cái）料（liào）始終與鋼水接觸，一般（bān）耐火材料對鋼水（shuǐ）或多或少（shǎo）總有些汙染，唯有白（bái）雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物（wù），而且不汙染環境。