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接觸（chù）的耐（nài）火材料對鋼水的淨化作用，總是認（rèn）為耐火材料或多或（huò）少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火材料的（de）理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化（huà）鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料（liào）的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物（wù）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（bāo）括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐（nài）火材料。

其中，白雲石質耐火（huǒ）材料是指全部用（yòng）煆燒或（huò）電熔的白雲石做原料的（de）定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材（cái）料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影（yǐng）響鎂鈣質（zhì）製品的（de）高溫使用性能，MgO含量越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的（de）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（hǎo），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（děng）熱工設備（bèi）的不同部位（wèi）使用條件，合理選擇鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼（gāng）水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼（gāng）等對鋼中的（de）雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要（yào）求嚴格，需要爐（lú）外精煉除去（qù）鋼中雜質及（jí）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（gāng）水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，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用於冶煉低氧鋼，是爐外精（jīng）煉冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨鋼、特殊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（jiàng）低耐火材（cái）料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行（háng）了許多（duō）試驗研究，取得了很好的結（jié）果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數）就可使MgO相對揮（huī）發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼（gāng）水S含量低，熔渣必須是（shì）CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含（hán）量低，就要選（xuǎn）擇氧（yǎng）勢盡可能低的耐（nài）火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水（shuǐ）中的（de）溶解（jiě）度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設備（bèi）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（yòng）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料同（tóng）樣也有利脫P。

鎂鈣質耐（nài）火材料的熱震穩（wěn）定性高、抗渣滲透性好（hǎo），特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中（zhōng）的CaO反應（yīng）生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關（guān）於（yú）H含量的（de）問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設（shè）備內襯耐火材料（liào）的（de）水（shuǐ）分（fèn）及有機（jī）添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充（chōng）分排（pái）除其中的水分，就不存在鋼（gāng）水中氫（H）含（hán）量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材（cái）料中的CaO熱（rè）力學穩定性高，具有很低的氧平衡分（fèn）壓，在（zài）鋼水中的溶解度很小，被認（rèn）為是防止鋼（gāng）水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響（xiǎng）：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應（yīng），檢（jiǎn）驗鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料的脫S效果。結果表（biǎo）明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使（shǐ）用白雲石質鋼包（bāo）內襯是很必要的，這樣（yàng）一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包（bāo）渣導致耐火材料的過（guò）度（dù）消（xiāo）耗。

耐火材料對（duì）鋼中P含量的（de）影響：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（biǎo）明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中（zhōng）P含量大幅度降低，由原（yuán）始的（de）0.1%降（jiàng）低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小（xiǎo）幅度降低。

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

耐火材料對鋼中H(氫)含（hán）量的影（yǐng）響：耐火材料中的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（zhe）影響。連鑄過程中，鋼包和中（zhōng）間包（bāo）係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致（zhì）吸H。對鋼（gāng）包（bāo）、中間包烘烤，能有效（xiào）地降低鋼水的吸（xī）H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響（xiǎng）：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受（shòu）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（zhōng）間包之間，保護套管非常重（chóng）要，連鑄的增N點就是長水口（kǒu）保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火（huǒ）材料對鋼水中（zhōng）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（yàn）表明：在反應30min的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生（shēng）成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有（yǒu）效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和（hé）C3S(矽（guī）酸三鈣（gài）)高熔點化（huà）合物被吸附鎂（měi）鈣質耐火材料表（biǎo）麵，形（xíng）成保護層（céng），或者從鎂鈣質耐火材料（liào）表麵上（shàng）剝（bāo）落（luò）下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料（liào）中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的抗侵蝕性（xìng）能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性（xìng）。試驗結果得出，CaO含量高的白雲（yún）石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透（tòu）能力比較強。燒成白雲（yún）石磚基（jī）質（zhì）部分致密程度高，較不（bú）燒白雲（yún）石磚具有更（gèng）好（hǎo）的（de）抗高堿度渣侵蝕性。堿度（dù）較（jiào）低（dī）的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣（zhā）嚴重得多。相對而言，燒成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂（měi）鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣（gài）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（jiào）強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作（zuò）用。

臨汾鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕（shí）的研究

鎂（měi）鈣碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣磚種類複雜。除（chú）具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳磚具有更好的真空（kōng）穩（wěn）定性、抗熱（rè）震性。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝（bāo）落（luò）性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗（kàng）渣侵蝕和（hé）抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等（děng）人采用煉鋼（gāng）轉爐的初期渣、中期（qī）渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行（háng）實驗。實驗結果表明：初（chū）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（jié）構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較輕，是因為在磚的界（jiè）麵（miàn）上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，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（dìng）性好，抗酸性熔渣（zhā）能力強；而且（qiě）磚中的CaO有利於鋼水的（de）脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質（zhì）耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係（xì）指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到（dào）控製，合金元素成分精準並且（qiě）分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品質。在（zài）鋼（gāng）水從冶煉到精煉的（de）整個過程中（zhōng），耐火材料始終與鋼水（shuǐ）接觸，一（yī）般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙（wū）染，唯（wéi）有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨（jìng）化鋼水，除去鋼中的非（fēi）金屬（shǔ）夾雜（zá）物，而且不汙染環境。