徐平坤

以前（qián），從煉鋼工藝的角度研究提高（gāo）鋼的純（chún）淨度（dù），沒（méi）有考慮與（yǔ）鋼水直接接觸的耐（nài）火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐（nài）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（zhì））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（rǎn）鋼水，反而（ér）能淨化鋼水，並且也不汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐（lú）外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征（zhēng）

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（bǐ）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、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火（huǒ）材料（liào）是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形（xíng）耐火材料；鎂白雲（yún）石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質（zhì）製品的高（gāo）溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔（róng）渣的能力越強，高溫蠕變越（yuè）大，抗剝落性能（néng）和脫硫、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（jīng）煉等（děng）熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石（shí）質耐火（huǒ）材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等（děng）對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物的含量（liàng）要求嚴格，需要爐外精（jīng）煉除去鋼中雜質及夾雜物以及（jí）脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐（nài）火材料中的遊離CaO，易與（yǔ）鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中（zhōng），具有除去雜質、淨化鋼水的功能（néng）。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料也適合用於（yú）冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼等設備的耐火（huǒ）材料。近年（nián）來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽（shòu）命、降低耐火（huǒ）材料消耗，研究（jiū）人員對白雲石質（zhì）耐火材料進（jìn）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（mó）爾（ěr）分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入（rù）一定量的（de）CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高溫真空條件下使用比純（chún）MgO質耐火材（cái）料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水（shuǐ）S含量低（dī），熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇（zé）氧（yǎng）勢盡（jìn）可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在（zài）鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢（shì）也很小（xiǎo），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（liào）同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩（wěn）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（liào）中（zhōng）的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉（liàn）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℃下長期烘（hōng）烤，充分排除（chú）其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題（tí）。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐（nài）火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中的CaO熱力學穩（wěn）定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼（gāng）水中的溶（róng）解度很小，被認為是防止鋼水（shuǐ）增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳（lín）等（děng）人試驗研究（jiū）鎂鈣磚與鋼水中S的反應（yīng），檢驗鎂鈣質耐火材料（liào）的脫S效果（guǒ）。結果表明：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（chū）現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫（tuō）S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵（miàn）可以盡（jìn）可能降低鋼包（bāo）內襯的再氧化能（néng）力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材（cái）料的過度消耗。

耐火材料對鋼中（zhōng）P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結（jié）果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低（dī），由原始的0.1%降低到0.01%，進一（yī）步提高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅有小幅度降低。

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C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火（huǒ）材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的（de）有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生（shēng）顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主（zhǔ）流時，有機（jī）粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地（dì）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含量很低（dī），近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解（jiě）對鋼水造成增N。更（gèng）大的增N量在鋼包與中間包之間（jiān），保護套管非常重（chóng）要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料對鋼水中夾雜物的（de）影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火（huǒ）材料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的（de）影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其（qí）餘的堿性耐火材料均使（shǐ）鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐（nài）火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生（shēng）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反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高（gāo）熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵，形成保護層，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（zhōng）；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物的能力越強。

鎂鈣質耐（nài）火材料的抗（kàng）侵蝕性能：梁義兵（bīng）等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂鈣磚的抗（kàng）渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力（lì）比較強。燒成白雲石磚基質（zhì）部分致密程（chéng）度高，較不燒白雲（yún）石磚具有（yǒu）更（gèng）好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三（sān）種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於不燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗（kàng）高堿度熔渣的侵蝕和滲透（tòu）能力，這是因為渣與鎂鈣材料（liào）作用析出C3S，使材料表層致密化而（ér）有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具（jù）有較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用。

三沙鎂磚（zhuān）之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚種（zhǒng）類複雜。除具備鎂鈣磚（zhuān）的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚（zhuān）具有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝（bāo）落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵（qīn）蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研（yán）究（jiū）：崔淑（shū）賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣（zhā）和終期渣分別（bié）對鎂鈣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（gāo）7.3%，是因（yīn）為MgO—C磚產生結構剝（bāo）落，蝕損最嚴（yán）重（chóng）；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕（shí）較輕，是因為在磚的界麵上產生了（le）C2S保護層；可（kě）是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分（fèn）別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）中及（jí）被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結（jié）果（guǒ）表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性（xìng）和熱震（zhèn）穩定性好，抗酸性熔渣能力（lì）強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石（shí）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（shǎo），非（fēi）金屬（shǔ）夾（jiá）雜物不僅數（shù）量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元（yuán）素成分精準（zhǔn）並且（qiě）分布均（jun1）勻（yún），使鋼材具有高性能、高（gāo）品（pǐn）質。在鋼水從冶煉到精煉的（de）整個過程中，耐火材料始（shǐ）終與鋼水接觸，一般耐火材（cái）料（liào）對鋼水或多（duō）或少（shǎo）總有些（xiē）汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼（gāng）中（zhōng）的非金屬夾雜物，而且不汙（wū）染環境。