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的耐火材料對（duì）鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水（shuǐ）產生汙（wū）染。可是通（tōng）過（guò）對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火材料（liào）的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣（gài）質材料不（bú）但不汙染鋼水，反而能淨化鋼（gāng）水，並且也不汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精煉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（huǒ）材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是（shì）天然礦物原（yuán）料，煆燒後的理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料（liào）主要包括白（bái）雲石質（zhì）耐火材料、鎂（měi）白雲石質耐火材料、鎂鈣（gài）質耐火材料。

其中（zhōng），白（bái）雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料（liào）的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用（yòng）鎂石與白雲（yún）石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含量的（de）變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量（liàng）越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔（róng）渣的能力越強，高溫（wēn）蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此（cǐ），應該（gāi）根據爐（lú）外精煉等熱工設備的（de）不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料（liào）對淨化鋼水作（zuò）用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等（děng）對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中（zhōng）雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均（jun1）勻化等（děng）。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（yīng），使其轉移到爐（lú）渣中，具有除（chú）去雜質、淨化鋼水的功能。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（yǎng）鋼，是爐（lú）外精煉冶（yě）煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化（huà）鋼水、延長（zhǎng）爐襯壽命、降（jiàng）低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料（liào）進行了許多試驗研究（jiū），取得了很好的結果。

MgO在真空條（tiáo）件下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的（de）揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大（dà）降低。因此，MgO質材料（liào）中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真（zhēn）空條件下（xià）使用（yòng）比純（chún）MgO質耐火材料更合（hé）適（shì）。

鋼水中的脫（tuō）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，並且鋼水中溶解的O含量盡可能（néng）要（yào）低。要使O含量低，就（jiù）要選擇氧勢盡可能低的耐火（huǒ）材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在（zài），在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很（hěn）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（dàn）鋼包中采用CaO含量高即堿度高（gāo）的熔渣有（yǒu）利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐（nài）火材料的熱震穩定性高、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（yīng）生成高（gāo）熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製（zhì）熔渣的滲透。

關於（yú）H含量的（de）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（cái）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（shuǐ）分，就不存在鋼水中氫（H）含（hán）量增高問題。

鎂鈣質耐（nài）火材料對鋼水性能的影響（xiǎng）

耐火材料對鋼中氧含量（liàng）的影響：王龍光等人（rén）認為MgO—CaO耐火材料中（zhōng）的（de）CaO熱力學穩定性高（gāo），具有很低的氧平衡（héng）分壓，在（zài）鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，被認為是防止鋼（gāng）水增氧的有效材料。

耐火材料對（duì）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，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效（xiào）果（guǒ）。結果表明：在1600℃下，反應45min時（shí），脫S效果（guǒ）更好，脫S率達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（tuō）S效果，使用白雲石（shí）質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵（miàn）可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵（miàn）可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料（liào）對鋼中（zhōng）P含（hán）量的影響：匡加才研（yán）究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含（hán）量的影（yǐng）響。實驗結果表明：當澆注料中（zhōng）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（liàng），鋼中P含量僅有小幅度降（jiàng）低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表（biǎo）明，使用含C耐火材料，鋼水顯著（zhe）增C，當（dāng）同一製品第二次使用時，鋼（gāng）水僅發（fā）生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其（qí）中的有機粘結劑會對鋼水中（zhōng）的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和（hé）中間包係統中使（shǐ）用保護（hù）套管保護（hù）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含量很（hěn）低（dī），近年來氮（dàn）化物在耐火材料中應（yīng）用受到關注，如Sialon分解對（duì）鋼（gāng）水造成增N。更大的增N量在（zài）鋼包（bāo）與（yǔ）中間包之間，保護套（tào）管非常重要，連鑄的增（zēng）N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影（yǐng）響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材（cái）料對管線（xiàn）鋼鋼水潔淨（jìng）化的影響（xiǎng），實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材（cái）料能去除鋼水中的夾雜物（wù），其餘的堿性耐火材（cái）料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的（de）CaO反應，如CaO與Al2O3反應（yīng）生（shēng）成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點（diǎn）約為1400℃左右（yòu），可有效地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應（yīng）生成C2S(矽酸二鈣)和（hé）C3S(矽酸三（sān）鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵（miàn），形成（chéng）保護層，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（měi）鈣質耐火材（cái）料中的活性CaO含量越（yuè）高，吸附鋼水（shuǐ）中夾雜物的能（néng）力越強。

鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜（jìng）態坩堝法（fǎ）研究（jiū）3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度（dù）的AOD渣侵（qīn）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（jù）有更（gèng）好的抗高堿度渣侵蝕（shí）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。相對而言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）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（cái）料具（jù）有良好的（de）抵抗高堿度（dù）熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材（cái）料作用析出C3S，使材料表層（céng）致密化而有效抑製熔渣的（de）滲透。低堿度熔渣（zhā）具有較強的侵蝕和滲透能力，主要（yào）是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作（zuò）用。

瀘州鎂（měi）磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳（tàn）磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒（shāo）成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂（měi）鈣磚的特性外，鎂鈣（gài）碳磚比鎂碳磚具有更（gèng）好（hǎo）的真空穩定性、抗熱震性。鎂（měi）鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能（néng）越好，淨（jìng）化鋼水的（de）效果也（yě）越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性（xìng）能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔（cuī）淑（shū）賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣（zhā）MgO—C磚蝕損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚（zhuān）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（jiào）輕，是因為在磚的（de）界麵上產生了C2S保護層；可是中（zhōng）期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）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（jiū）結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化（huà）性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強（qiáng）；而且磚中的CaO有利於（yú）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（liào）對潔淨鋼的影響

潔淨鋼（gāng）係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形（xíng）態得到控製，合金元素（sù）成分精準並且（qiě）分（fèn）布均（jun1）勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品（pǐn）質（zhì）。在鋼水從（cóng）冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水（shuǐ）接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲（yún）石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的（de）非金屬夾雜物，而且不汙（wū）染環境。