徐平坤

以（yǐ）前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與（yǔ）鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化（huà）作用，總（zǒng）是（shì）認為（wéi）耐火（huǒ）材料或多（duō）或少（shǎo）地會對鋼水產生汙（wū）染。可是通過對（duì）白雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料的理論研究和實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且（qiě）也不汙（wū）染環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝（zhuāng）置中（zhōng）應用日益增（zēng）加。

白雲石與鎂鈣質耐火材（cái）料的特（tè）征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒（shāo）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（shí）質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材（cái）料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用（yòng）煆（duàn）燒或電熔的白雲石做原料的定（dìng）型或不定形耐（nài）火材料；鎂白雲石和鎂鈣（gài）質耐火材料是用鎂石與白（bái）雲石（shí）合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化（huà）影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，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（qiáng），高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷（lín）的效果越好，但抗水化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差。因此，應該根（gēn）據爐外精煉等熱工設備（bèi）的不同部位（wèi）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（liào）對淨化（huà）鋼（gāng）水作用的影響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元（yuán）素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除（chú）去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應（yīng），使其轉（zhuǎn）移到爐渣中（zhōng），具（jù）有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料（liào）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（děng）設備的耐火材料（liào）。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降（jiàng）低（dī）耐火材料消耗，研（yán）究人員對（duì）白雲石質耐火材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發，而CaO對MgO的揮發（fā）性是有影響的，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質材（cái）料中加（jiā）入一定量的（de）CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在高溫（wēn）真空條件下使用比（bǐ）純MgO質耐（nài）火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼（gāng）水S含（hán）量低，熔渣必須是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（yào）使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的（de）耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶（róng）解度很（hěn）小，而CaO的氧勢也很小，因（yīn）此，精煉設備應該（gāi）選用鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料。溫（wēn）度升高不利（lì）於脫（tuō）P，但鋼包中采用（yòng）CaO含量高（gāo）即堿度高的熔渣有利脫P，因（yīn）此（cǐ），用CaO含量（liàng）高（gāo）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定性高、抗渣滲透性好（hǎo），特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材（cái）料中的CaO反應生成高熔點化（huà）合物C2S或C3S,形成保（bǎo）護層，從而抑製熔渣的滲（shèn）透。

關於H含量（liàng）的問題，采用真空精煉，其H主要來自（zì）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，就不存在鋼水（shuǐ）中氫（H）含（hán）量（liàng）增高問題。

鎂鈣（gài）質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧（yǎng）含（hán）量的影響：王（wáng）龍光等人認為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中的CaO熱（rè）力學穩定性高，具有很低的氧平衡（héng）分壓，在鋼水中的溶（róng）解度很小（xiǎo），被認為是防止鋼水增氧的有效材（cái）料。

耐火材料（liào）對鋼中S的影響：田（tián）琳等人試（shì）驗研究鎂（měi）鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗（yàn）鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結（jié）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（lǜ）降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得（dé）有效的脫S效果，使用白雲（yún）石質鋼包（bāo）內襯是很必要的，這樣一方（fāng）麵可（kě）以（yǐ）盡（jìn）可能降低（dī）鋼包內襯的再（zài）氧化能力，另一方麵可以避（bì）免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐（nài）火材料對（duì）鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注料對鋼中P含量的影響（xiǎng）。實驗（yàn）結（jié）果表（biǎo）明：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低（dī），由原（yuán）始的（de）0.1%降低到0.01%，進一（yī）步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅（fú）度降低。

耐火材料（liào）對鋼水（shuǐ）碳含量（liàng）的影響：實驗表明，使（shǐ）用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一（yī）製品第二次（cì）使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料（liào）對鋼中H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火材料中的水分（fèn）以及其中（zhōng）的有（yǒu）機粘結劑會（huì）對（duì）鋼水（shuǐ）中的H含量產（chǎn）生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護（hù）套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料（liào）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（dàn）化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。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套（tào）管非常重要，連鑄（zhù）的增N點就是長水口（kǒu）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：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反（fǎn）應（yīng）30min的（de）情況下，隻有鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）能去除鋼水中的（de）夾雜物，其餘的堿（jiǎn）性耐火材料均使鋼水夾雜（zá）物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂（měi）鈣耐火材（cái）料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可（kě）有效（xiào）地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣（gài）)高（gāo）熔點化（huà）合物（wù）被吸附鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵，形成保護層（céng），或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）中的活性CaO含量（liàng）越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）的抗侵蝕性（xìng）能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉（liàn）用（yòng）鎂鈣磚（zhuān）的抗（kàng）渣性。試（shì）驗結（jié）果得出，CaO含量高（gāo）的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。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抗（kàng）高堿度渣（zhā）侵蝕性（xìng）。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕（shí）和滲透（tòu）比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒（shāo）成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒（shāo）鎂鈣磚，CaO含量高的燒（shāo）成鎂（měi）鈣磚（zhuān）抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔（róng）渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的（de）滲透。低堿度熔渣具（jù）有較強的（de）侵（qīn）蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲（shèn）透作用。

金昌鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚種類複雜。除具備鎂鈣磚（zhuān）的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有（yǒu）更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳磚（zhuān）的性能同時取決於CaO及C的（de）含量。CaO含量越高（gāo），抗剝落性能越好（hǎo），淨化鋼水的效果也越好；C含量越高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝（bāo）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（zhuǎn）爐的初（chū）期渣、中（zhōng）期渣和（hé）終期渣分別對鎂（měi）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磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產（chǎn）生結構剝落，蝕損最嚴重（chóng）；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕較輕，是因為在（zài）磚的（de）界麵上產生了（le）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1.2%，因為其在高溫中及（jí）被（bèi）渣中（zhōng）∑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（bái）雲石（shí）碳磚高（gāo）溫抗氧化性和熱震穩定性（xìng）好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水（shuǐ）的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉（liàn）鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材（cái）料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅（jǐn）數量（liàng）少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能（néng）、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般（bān）耐（nài）火材（cái）料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質（zhì）即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除（chú）去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。