徐平坤

以前（qián），從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒（méi）有考慮與鋼水直（zhí）接接觸的耐（nài）火材料對鋼水的淨化作用，總是認為（wéi）耐火材料或多或少地會對鋼水產（chǎn）生汙（wū）染。可是通過對（duì）白雲石（shí）質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試（shì）驗，得出（chū）鎂鈣質材料（liào）不但（dàn）不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在（zài）AOD、VOD、精煉鋼包等爐外（wài）精煉裝置中應用日（rì）益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料（liào）的特（tè）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（wéi）1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石（shí）質耐火材料、鎂鈣（gài）質耐火材料。

其（qí）中，白雲石質耐火材料是（shì）指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型（xíng）或不定形耐（nài）火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐（nài）火材料是（shì）用（yòng）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製品的高溫（wēn）使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力（lì）越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能（néng）力越強（qiáng），高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫（tuō）硫、脫磷的（de）效果越（yuè）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（děng）熱工設備的不同部位（wèi）使（shǐ）用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的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（shū）鋼等對（duì）鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需（xū）要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜（zá）物以及脫（tuō）氣、調（diào）整化（huà）學成分和均（jun1）勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼（gāng）水（shuǐ）中（zhōng）的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨（jìng）化鋼水（shuǐ）的功（gōng）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（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，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了（le）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（de），含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因（yīn）此，MgO質材料中加入一定（dìng）量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，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，要使鋼水S含（hán）量低，熔渣必須是CaO含量高（gāo）的高堿度渣，並（bìng）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（yǎng）勢（shì）盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下以氣態存在，在（zài）鋼水中的溶解度很（hěn）小，而CaO的（de）氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度（dù）升高（gāo）不利（lì）於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度（dù）高的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含（hán）量高（gāo）的鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材（cái）料同樣也有（yǒu）利脫P。

鎂鈣質耐火（huǒ）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（yǔ）MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔（róng）渣（zhā）的滲透。

關於H含量的問（wèn）題，采用真（zhēn）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（fèn）及有（yǒu）機添加物。熱力學分析認（rèn）為：要在1200℃下長期烘烤（kǎo），充（chōng）分排除其（qí）中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含（hán）量增高問（wèn）題。

鎂鈣質耐火材料（liào）對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧（yǎng）含量（liàng）的影響：王（wáng）龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱（rè）力學穩定性高（gāo），具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的（de）溶解度很小，被認為是防止鋼水增（zēng）氧的有效（xiào）材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人（rén）試驗研究鎂鈣磚（zhuān）與（yǔ）鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果（guǒ）表明：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（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯（chèn）是很必（bì）要的，這樣（yàng）一方麵可以盡可能降（jiàng）低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強（qiáng）還原條件下（xià）鋼（gāng）包（bāo）渣導（dǎo）致耐火材料的（de）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（duì）鋼中P含量的影響。實（shí）驗結果表明：當（dāng）澆注料（liào）中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的（de）0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影（yǐng）響：實（shí）驗表明（míng），使用含（hán）C耐火（huǒ）材料，鋼水顯著增C，當同一製品第（dì）二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響（xiǎng）：耐火材料中的水分以及其中（zhōng）的有機粘結（jié）劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中（zhōng），鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包（bāo）、中間包烘烤（kǎo），能有效地降低鋼水的吸H量。

耐（nài）火材料對鋼中N(氮（dàn）)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近（jìn）年來氮化物（wù）在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對（duì）鋼水造（zào）成增N。更大的增N量（liàng）在鋼包與中（zhōng）間包之間，保護套管（guǎn）非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：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，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材（cái）料能（néng）去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火（huǒ）材料均（jun1）使（shǐ）鋼水夾雜物數量增（zēng）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（de）複合化（huà）合物，熔（róng）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（guī）酸二（èr）鈣)和（hé）C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸（xī）附（fù）鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料（liào）表（biǎo）麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在（zài）鎂鈣質耐火材料中的活（huó）性CaO含量越高，吸附鋼水（shuǐ）中（zhōng）夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵（qīn）蝕性能：梁義兵等人采用靜（jìng）態坩堝法研究3種不（bú）鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的（de）抗渣性。試（shì）驗結果得出（chū），CaO含量高的白（bái）雲石（shí）磚抗高（gāo）堿度的AOD渣（zhā）侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石（shí）磚基質部分致（zhì）密程（chéng）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（lú）渣對三種磚（zhuān）的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低（dī）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（shí）能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵（dǐ）抗高堿度熔渣的侵蝕（shí）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。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力（lì），主要是（shì）熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透作用。

撫順鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚種類複（fù）雜。除具備鎂鈣磚的（de）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（tàn）磚的性（xìng）能同時（shí）取決於CaO及C的含量。CaO含（hán）量越高，抗剝落性能（néng）越（yuè）好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚的抗侵蝕研究：崔淑（shū）賢（xián）等人采用煉鋼轉爐的（de）初期（qī）渣、中（zhōng）期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳（tàn）磚的侵蝕進行實驗。實驗結果（guǒ）表明：初期渣MgO—C磚蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕（shí）損最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的（de）侵蝕（shí）較輕，是因（yīn）為在磚的界麵上產生了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（yīn）為其在高溫中及被渣中（zhōng）∑FeO溶解，所以比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠（huì）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（wěn）定（dìng）性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚（zhuān）中的CaO有利於鋼水的脫O、脫（tuō）S、脫P等，適（shì）合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石（shí）質耐火材料對（duì）潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有（yǒu）害成（chéng）分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金屬（shǔ）夾雜物不僅數量少，而且尺寸很（hěn）小和形（xíng）態得（dé）到控製，合金元素成分精準並且分（fèn）布均勻，使（shǐ）鋼材（cái）具有（yǒu）高性能、高品質。在（zài）鋼水從冶煉到精煉（liàn）的整個（gè）過（guò）程中，耐（nài）火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質（zhì）即（jí）鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾雜物，而（ér）且不汙染環境。