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（jiē）接觸的耐火材料對鋼水的淨（jìng）化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生（shēng）汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質（zhì））耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙（wū）染鋼水，反（fǎn）而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增（zēng）加。

白（bái）雲石與鎂鈣質耐（nài）火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦（kuàng）物原料，煆燒後的理論組成為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（huǒ）材料、鎂白（bái）雲石質耐火材料、鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料（liào）；鎂（měi）白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲（yún）石合成的耐火材（cái）料。MgO、CaO含量的變化（huà）影響鎂（měi）鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水化（huà）能力越強（qiáng）；CaO含量（liàng）越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越（yuè）好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性（xìng）能越差。因此，應該根（gēn）據爐外精煉等熱工設備（bèi）的不同部（bù）位使用條件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐火材料（liào）對（duì）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等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要（yào）求（qiú）嚴格，需要（yào）爐外精煉除去鋼（gāng）中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均（jun1）勻化等（děng）。鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料中的遊離（lí）CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶（yě）煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔（jié）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（cái）料消耗，研究人員對白雲石（shí）質耐火材料（liào）進行了（le）許多（duō）試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件（jiàn）下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性（xìng）是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質（zhì）材料中加入一（yī）定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫（wēn）真空條件下使用比純MgO質耐火材（cái）料更（gèng）合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水（shuǐ）S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中（zhōng）溶解的O含量盡（jìn）可能要低。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（zài）高溫下以氣態存在，在鋼水中的（de）溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此（cǐ），精（jīng）煉設備應該選用鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即（jí）堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含（hán）量高的鎂鈣（gài）質耐火材料同樣（yàng）也有利脫（tuō）P。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的熱震穩定（dìng）性高、抗渣滲透性好，特別（bié）是熔渣中SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐火材（cái）料中的CaO反應生成（chéng）高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製熔渣（zhā）的滲透。

關於H含量的（de）問（wèn）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（shuǐ）分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在（zài）鋼水中氫（H）含量增高問（wèn）題（tí）。

鎂鈣質耐火材料對鋼水（shuǐ）性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響（xiǎng）：王龍光（guāng）等（děng）人認（rèn）為MgO—CaO耐火材（cái）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（dù）很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料（liào）對鋼中S的影響：田琳等（děng）人試驗研究鎂鈣磚（zhuān）與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫（tuō）S效果。結（jié）果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效（xiào）果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現（xiàn）象（xiàng）。為了使鋼包獲得（dé）有效的脫（tuō）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（lìng）一方麵可以避免（miǎn）強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響（xiǎng）：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅（fú）度降低（dī），由原（yuán）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（duì）鋼水碳含量的影響：實（shí）驗表（biǎo）明，使用含C耐火材料，鋼水顯著（zhe）增C，當同（tóng）一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中（zhōng）H(氫（qīng）)含量的影響：耐火材料中的（de）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（xiǎng）。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護（hù）套管保（bǎo）護主流時，有機粘結（jié）劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼（gāng）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（liào）N含量很低，近年來氮（dàn）化物在耐火材料（liào）中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造（zào）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（cái）料對鋼水（shuǐ）中夾雜物的影響：田琳等人研（yán）究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材料對管線（xiàn）鋼鋼（gāng）水（shuǐ）潔淨化的影（yǐng）響，實驗表明（míng）：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除（chú）鋼水中的（de）夾雜物，其餘的堿性（xìng）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（měi）鈣耐火材（cái）料（liào）中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合（hé）物，熔點約為1400℃左右（yòu），可有效地去除（chú）鋼中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）表麵，形成保護層，或者從（cóng）鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的活性CaO含量越（yuè）高，吸（xī）附鋼水中夾雜（zá）物的能力越強。

鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣磚的（de）抗渣性。試驗（yàn）結果（guǒ）得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒（shāo）成白（bái）雲（yún）石（shí）磚基質（zhì）部分致（zhì）密程度（dù）高，較不（bú）燒白雲石磚具有更（gèng）好的抗高堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於不燒（shāo）鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂鈣（gài）磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力（lì），這是因（yīn）為渣與鎂鈣（gài）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侵蝕和滲（shèn）透能力，主（zhǔ）要是熔渣對（duì）基質的強溶蝕並滲透作用。

和平鎂磚之鎂鈣碳磚的性（xìng）能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成（chéng）鎂鈣（gài）磚種類複雜（zá）。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂碳磚具有更好的真（zhēn）空穩定性、抗熱（rè）震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的（de）含量。CaO含量越高，抗剝（bāo）落性能越好（hǎo），淨化鋼水的效（xiào）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轉爐的初期渣（zhā）、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳（tàn）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磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產（chǎn）生了C2S保護層；可是（shì）中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比（bǐ）MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為其在高溫中及（jí）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鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，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，適合冶煉鋼的電爐爐（lú）襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼（gāng）的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不（bú）僅數（shù）量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金（jīn）元素成分精準並且（qiě）分布均勻（yún），使鋼（gāng）材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終（zhōng）與鋼水接觸，一般耐火材料（liào）對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲（yún）石質（zhì）即鎂（měi）鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬（shǔ）夾雜（zá）物，而且不汙染（rǎn）環境。