徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的角度研究提高鋼（gāng）的純淨度，沒有考慮（lǜ）與鋼水直接接觸的（de）耐火材（cái）料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地（dì）會對（duì）鋼水（shuǐ）產（chǎn）生（shēng）汙染（rǎn）。可是通過對白雲石（shí）質（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理論研究和（hé）實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等（děng）爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂（měi）鈣質耐火材料的特征

白（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆（duàn）燒後的理論（lùn）組（zǔ）成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣（gài）質耐火材料主要包括（kuò）白（bái）雲石質耐火材料、鎂（měi）白雲石質（zhì）耐（nài）火材料、鎂鈣質耐火（huǒ）材料。

其中，白雲石質（zhì）耐火（huǒ）材料是指全部用煆（duàn）燒或電熔的白雲石做原料的定（dìng）型或不定形耐火材料（liào）；鎂白（bái）雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白（bái）雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）的變化（huà）影響鎂（měi）鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水（shuǐ）化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高溫蠕變越大，抗剝落（luò）性能和脫（tuō）硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗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（gài）質耐火材料中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐火材（cái）料對淨化鋼（gāng）水（shuǐ）作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼（gāng）等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格（gé），需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣（qì）、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料（liào）中的遊離CaO，易（yì）與鋼（gāng）水中的S、P等（děng）雜質反應，使其轉移到（dào）爐渣中，具有除去雜質、淨化（huà）鋼水的功能。由於CaO的（de）氧勢很低（dī），鎂鈣質（zhì）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（jìng）鋼、特（tè）殊鋼等設備（bèi）的耐火材料。近年（nián）來，為了淨化鋼水、延（yán）長爐襯壽命、降低耐火材（cái）料消耗，研究（jiū）人員對白雲石（shí）質耐火材（cái）料進行了許（xǔ）多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件（jiàn）下容易（yì）揮發，而CaO對MgO的（de）揮發性是有影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相（xiàng）對揮發性大大降低。因此（cǐ），MgO質材料中加入一（yī）定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高（gāo）溫真空條件下使用比（bǐ）純（chún）MgO質耐（nài）火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水（shuǐ）S含量低，熔渣必須（xū）是CaO含量（liàng）高的（de）高堿度渣（zhā），並且鋼水中溶（róng）解（jiě）的O含量盡可能要（yào）低。要（yào）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（xià）以（yǐ）氣態存在，在鋼（gāng）水（shuǐ）中的（de）溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設（shè）備應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含量高的鎂鈣質耐火材（cái）料同樣也有利（lì）脫P。

鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料（liào）的熱（rè）震（zhèn）穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高（gāo）熔點化合物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，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯（chèn）耐火材料的水分及有機添加物。熱力學（xué）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（zēng）高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響（xiǎng）：王龍（lóng）光等（děng）人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高（gāo），具有很低的氧平衡分壓（yā），在鋼水中的（de）溶解（jiě）度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）的脫（tuō）S效果。結果表（biǎo）明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫（tuō）S率（lǜ）達70.12%；超（chāo）過45min，脫S率（lǜ）降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲（huò）得有效的脫S效果（guǒ），使用白雲石質鋼（gāng）包內襯是很必要的，這樣一方麵可（kě）以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能（néng）力，另一方麵可以避（bì）免強還原條件下鋼包（bāo）渣（zhā）導致耐火材料（liào）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（gāng）中P含量的影響。實驗結果表（biǎo）明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含（hán）量僅有小幅度（dù）降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增（zēng）C，當同一製品第二次使用時，鋼（gāng）水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量（liàng）的影響（xiǎng）：耐火材料中的水（shuǐ）分以（yǐ）及其中的（de）有機粘（zhān）結劑會對鋼水（shuǐ）中（zhōng）的H含量產生顯著（zhe）影響。連鑄過（guò）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（hōng）烤，能（néng）有效地降（jiàng）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（liào）N含量很低，近年（nián）來氮化物（wù）在耐火材料中應用受到關（guān）注，如Sialon分解對（duì）鋼水造成（chéng）增N。更大的增N量在鋼包與（yǔ）中間包（bāo）之間，保護套管非常（cháng）重要，連鑄（zhù）的（de）增N點就是長（zhǎng）水口保護（hù），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（děng）人研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材料對管線鋼（gāng）鋼水（shuǐ）潔淨化的影（yǐng）響，實驗表明：在（zài）反應30min的情況下，隻有鎂（měi）鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐（nài）火材料均使鋼（gāng）水夾雜（zá）物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合（hé）物（wù），熔（róng）點約（yuē）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（róng）點（diǎn）化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從（cóng）鎂鈣質耐火材料表麵上剝落（luò）下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣（gài）質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越（yuè）強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等（děng）人（rén）采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性。試驗結果（guǒ）得出，CaO含量高的（de）白雲石磚抗高堿度（dù）的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基（jī）質（zhì）部分致密（mì）程度（dù）高（gāo），較不燒白（bái）雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣（zhā）對三種（zhǒng）磚的（de）侵（qīn）蝕和滲透比（bǐ）高堿度渣嚴重（chóng）得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵（dǐ）抗低（dī）堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含（hán）量高的燒成鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度（dù）渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣（gài）材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有（yǒu）效抑製熔渣的滲透。低堿（jiǎn）度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是熔渣對（duì）基質（zhì）的強溶蝕並（bìng）滲透作用。

連（lián）雲港（gǎng）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磚較燒成鎂鈣磚種（zhǒng）類複雜（zá）。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚（zhuān）具有更好（hǎo）的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的性（xìng）能同（tóng）時取決（jué）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（yě）越好；C含量越高，抗（kàng）渣侵（qīn）蝕和抗剝落性能（néng）越強。

鎂（měi）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（zhā）和（hé）終（zhōng）期渣分別對（duì）鎂鈣碳磚及鎂碳（tàn）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（luò），蝕（shí）損最嚴（yán）重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護（hù）層；可是中期渣和終期渣（zhā），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（wēn）中及被渣（zhā）中∑FeO溶（róng）解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重（chóng）。

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（rè）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（hé）冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對（duì）潔淨鋼的影響（xiǎng）

潔淨鋼係指（zhǐ）鋼中有害成分（fèn）（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，合金元素成分精準並且分布均（jun1）勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶（yě）煉到精煉的整個過（guò）程中（zhōng），耐（nài）火（huǒ）材料始（shǐ）終與鋼水（shuǐ）接觸，一（yī）般耐火材料對鋼水或（huò）多或少總有些汙（wū）染，唯有白雲石質即鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材（cái）料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而（ér）且不汙染環境。