徐平坤

以前（qián），從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度（dù），沒有（yǒu）考慮（lǜ）與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐（nài）火材料（liào）對鋼水的淨化作用，總是認（rèn）為（wéi）耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料的理論研究（jiū）和實際試驗，得出（chū）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（gāng）包等爐外精煉裝置中應用日（rì）益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，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（zhǔ）要包括白雲石質耐（nài）火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料。

其中，白雲石質耐火材料是（shì）指全部用煆（duàn）燒或電熔（róng）的（de）白雲（yún）石做原料的定型（xíng）或不定形耐火材料；鎂白（bái）雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂（měi）石與白（bái）雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化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（zhā）的能（néng）力越強，高（gāo）溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）能和脫硫（liú）、脫磷的效（xiào）果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該（gāi）根據爐（lú）外精煉等熱工設備的不同部位使用條件（jiàn），合理選（xuǎn）擇鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中（zhōng）的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）的含（hán）量要求嚴格，需要爐（lú）外（wài）精煉除去（qù）鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學（xué）成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易（yì）與鋼（gāng）水中的S、P等雜質反應，使其轉移（yí）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（yě）適合用於冶煉低（dī）氧鋼，是（shì）爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了（le）淨化鋼（gāng）水、延長爐襯壽命、降低耐火材（cái）料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試（shì）驗研究（jiū），取得了很好的結果。

MgO在（zài）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（摩爾分（fèn）數）就（jiù）可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在高溫真（zhēn）空條件下使用比純（chún）MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含（hán）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含量低，就（jiù）要選擇氧勢盡可能低的耐（nài）火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度（dù）很小，而CaO的（de）氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於（yú）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（gāo）的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

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

關於H含量的問題（tí），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分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下（xià）長期烘（hōng）烤，充分排除其中的水分（fèn），就不存（cún）在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣（gài）質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認（rèn）為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱（rè）力學穩定（dìng）性（xìng）高，具有很（hěn）低的氧平衡分（fèn）壓，在鋼水中的溶解度很小，被（bèi）認為是防止鋼水（shuǐ）增氧的有效材料。

耐（nài）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，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效（xiào）果。結果表明（míng）：在1600℃下，反應（yīng）45min時，脫S效果更好，脫（tuō）S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現（xiàn）象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是（shì）很必要的，這樣一方麵（miàn）可以盡可能降（jiàng）低鋼包（bāo）內襯的（de）再氧化能力，另（lìng）一方（fāng）麵可（kě）以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中（zhōng）P含量的影響。實驗結果（guǒ）表明（míng）：當澆注料中w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含量大（dà）幅度降低，由原始（shǐ）的0.1%降低到0.01%，進一（yī）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的影響：實驗表明，使用（yòng）含C耐火材料，鋼水（shuǐ）顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生（shēng）輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的（de）影響：耐火材料中的水分以及（jí）其（qí）中的有機粘結劑會（huì）對鋼水中（zhōng）的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管（guǎn）保護主流時，有機粘結劑導致吸（xī）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（de）影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化（huà）物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解（jiě）對鋼水（shuǐ）造成增N。更大的增N量（liàng）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（shì）長（zhǎng）水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火（huǒ）材料對鋼水中夾（jiá）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（gāng）鋼水潔（jié）淨化的影響，實驗（yàn）表明：在（zài）反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能（néng）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，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔（róng）點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂鈣質耐火材（cái）料表麵上剝落下（xià）來上浮（fú）至保護渣層（céng）中；在鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的（de）活性CaO含量越高，吸附（fù）鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩（gān）堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結（jié）果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度（dù）的AOD渣（zhā）侵蝕和（hé）滲透能力（lì）比（bǐ）較強。燒成白雲石磚基（jī）質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵（qīn）蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，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（liàng）低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的（de）侵蝕和（hé）滲（shèn）透能力，這是因為渣與鎂鈣（gài）材料作用析（xī）出C3S，使材料表層致密化而有效（xiào）抑製熔渣的滲（shèn）透。低堿度熔渣具有較強的（de）侵蝕（shí）和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

臨沂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磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。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空穩定（dìng）性、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時取決（jué）於CaO及（jí）C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝落（luò）性能越好，淨化鋼水的（de）效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能（néng）越（yuè）強。

鎂鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究（jiū）：崔（cuī）淑賢等（děng）人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和（hé）終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實（shí）驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比（bǐ）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（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（hé）1.2%，因為其在高溫中（zhōng）及被渣中∑FeO溶解，所以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫（sūn）惠章等人研究結果表明鎂白雲石（shí）碳磚高溫抗氧化性和熱震穩（wěn）定性好，抗酸性（xìng）熔渣能力強；而且磚中（zhōng）的CaO有利於鋼水的（de）脫（tuō）O、脫S、脫P等，適合冶煉（liàn）鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到（dào）控製（zhì），合金元（yuán）素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品質。在鋼水從冶煉到（dào）精（jīng）煉的整個過程中，耐火材（cái）料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼（gāng）水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂（měi）鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾（jiá）雜物，而且（qiě）不汙染環境。