徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝的角（jiǎo）度研究提高（gāo）鋼的純淨度，沒（méi）有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產（chǎn）生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐（nài）火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料（liào）不但不汙染鋼水，反而能淨（jìng）化（huà）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（yì）增加。

白（bái）雲（yún）石與鎂鈣（gài）質耐火材料的特征（zhēng）

白雲石（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（wéi）1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲（yún）石質（zhì）耐火（huǒ）材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其（qí）中，白雲石質耐火材料是指全部（bù）用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型（xíng）或不定形耐火（huǒ）材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是（shì）用鎂石與白（bái）雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）的變化影響鎂鈣質製品的高溫使（shǐ）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SiO2熔渣的能力越強，高溫（wēn）蠕變越大，抗剝落性能和脫硫（liú）、脫磷的效（xiào）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條件，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（shuǐ）作用的影響（xiǎng）

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（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（hé）均勻化（huà）等。鎂（měi）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（zhuǎn）移到爐渣（zhā）中，具有除去（qù）雜質、淨化鋼水的（de）功能（néng）。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（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材（cái）料（liào）。近年來，為了淨化鋼水、延（yán）長爐襯壽命（mìng）、降低耐火（huǒ）材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研（yán）究，取得了（le）很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發（fā），而CaO對MgO的揮發性是有影響的（de），含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降（jiàng）低（dī）。因此，MgO質材（cái）料中加入一定量的CaO製（zhì）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（de）脫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，並且鋼水中溶解的（de）O含量盡可能要（yào）低。要使O含量低（dī），就要（yào）選擇氧勢盡可能低的耐火（huǒ）材料，Mg與（yǔ）Ca在高溫下以氣態存（cún）在，在鋼水中的溶解度（dù）很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精（jīng）煉設（shè）備應（yīng）該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫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CaO含（hán）量高的鎂鈣質（zhì）耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐（nài）火材料的熱震（zhèn）穩定性高、抗渣滲透性（xìng）好，特別是熔渣中SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐火（huǒ）材（cái）料中（zhōng）的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形（xíng）成保護層，從而抑製熔渣的（de）滲透。

關於（yú）H含量的問題，采用真（zhēn）空精煉，其（qí）H主要來自熔渣（zhā）或精煉設備內襯耐火材料的水（shuǐ）分（fèn）及有（yǒu）機添加（jiā）物。熱力學分析認為：要在1200℃下長（zhǎng）期烘（hōng）烤，充分排（pái）除（chú）其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對（duì）鋼水性能的影（yǐng）響

耐火材料對鋼中氧含量的影（yǐng）響：王龍光等人認為（wéi）MgO—CaO耐火材料（liào）中（zhōng）的CaO熱力學穩定性高（gāo），具有（yǒu）很低（dī）的氧平衡分（fèn）壓，在鋼水（shuǐ）中（zhōng）的溶解度很小，被（bèi）認為是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效材料。

耐（nài）火材料對鋼中S的影響：田琳等人試（shì）驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火（huǒ）材料的脫（tuō）S效果。結（jié）果表明：在（zài）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（huí）S”現象。為了使鋼包獲得有效（xiào）的脫（tuō）S效果，使用（yòng）白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧（yǎng）化能力，另一方麵可以避免強（qiáng）還原（yuán）條件下鋼（gāng）包渣導致耐火材（cái）料的過度消耗（hào）。

耐（nài）火（huǒ）材料對鋼中P含量的影（yǐng）響：匡加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注（zhù）料對鋼中P含量（liàng）的影響（xiǎng）。實驗結果表明：當澆注（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（yī）步提高CaO含量，鋼（gāng）中P含（hán）量僅（jǐn）有小（xiǎo）幅度降低。

耐火材料對（duì）鋼（gāng）水碳含量的影響：實驗表明（míng），使用含（hán）C耐火材料，鋼（gāng）水顯著增C，當同一（yī）製品第二次使用時，鋼水僅發（fā）生（shēng）輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫（qīng）)含（hán）量的影響：耐火材料中的（de）水分以及其中的有（yǒu）機粘結（jié）劑會（huì）對鋼水中的H含量產生顯著影響（xiǎng）。連鑄過程中，鋼包和中間包係統（tǒng）中使用保護套管保護主流時（shí），有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含（hán）量很（hěn）低，近年來氮化物（wù）在耐火材料中應用受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重（chóng）要，連鑄的增N點就是長水口保（bǎo）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（lín）等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼（gāng）水潔淨（jìng）化的（de）影響，實驗表明：在反（fǎn）應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的（de）堿性耐火材料（liào）均使鋼水夾雜物數（shù）量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣（gài）耐火材料（liào）中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右（yòu），可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣（gài）)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料（liào）表麵上剝落下來上浮至保護渣層（céng）中；在鎂鈣質耐火材（cái）料中（zhōng）的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越（yuè）強。

鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）的抗侵蝕性能：梁義（yì）兵等（děng）人采用靜（jìng）態坩堝法研（yán）究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的（de）抗渣性。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（néng）力比（bǐ）較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高（gāo），較不燒白雲（yún）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（hé）滲透比（bǐ）高堿度渣嚴（yán）重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不（bú）燒鎂（měi）鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕（shí）能力好（hǎo）於（yú）CaO含量低的（de）鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能（néng）力，這是因為渣與鎂鈣（gài）材料作用析出（chū）C3S，使材料表層致密化而有（yǒu）效抑（yì）製熔渣的滲透（tòu）。低堿度（dù）熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

河東鎂磚之鎂鈣碳磚的性（xìng）能及抗侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣磚種類複雜（zá）。除具備鎂（měi）鈣磚的特性外，鎂（měi）鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚（zhuān）具有更好的真空穩定（dìng）性、抗熱震性。鎂（měi）鈣碳磚的性能同時取（qǔ）決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落（luò）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（yuè）強。

鎂鈣碳磚的抗侵（qīn）蝕研（yán）究：崔淑賢等人采用煉鋼（gāng）轉爐的初期渣、中期渣和終（zhōng）期渣分（fèn）別對鎂鈣（gài）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（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結（jié）構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕較（jiào）輕，是因為在磚的界麵上產生了（le）C2S保（bǎo）護層；可是中期渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕損率反而分別比（bǐ）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磚侵（qīn）蝕嚴重。

孫惠章（zhāng）等人（rén）研究結果表明鎂（měi）白雲石碳磚高溫（wēn）抗氧化性和熱震穩定（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。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼（gāng）係指鋼中有（yǒu）害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合（hé）金元素成分精（jīng）準（zhǔn）並且分布均勻，使鋼材具（jù）有高性能、高品（pǐn）質。在（zài）鋼水從冶煉（liàn）到精煉的整個過（guò）程中，耐火材料始（shǐ）終與鋼水接觸（chù），一般耐火材料對鋼（gāng）水或多或少總有（yǒu）些汙染，唯有白雲石質（zhì）即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬（shǔ）夾雜物，而且不汙染環境。