徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼（gāng）的純淨度，沒有考（kǎo）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）為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對（duì）白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實（shí）際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐（lú）外精煉裝置中應用（yòng）日益增加。

白（bái）雲石與鎂鈣質（zhì）耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒（shāo）後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣（gài）質耐火材料主要包括白（bái）雲石質耐火材（cái）料、鎂白雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔（róng）的白雲石做原料的定型（xíng）或不定形耐火材（cái）料；鎂白雲（yún）石和鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料是用鎂石與白雲石合（hé）成的（de）耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響（xiǎng）鎂（měi）鈣質（zhì）製（zhì）品的（de）高溫使用性能，MgO含量（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水（shuǐ）化能力越強；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大（dà），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），應該根據爐外精煉等熱（rè）工（gōng）設備的不同部位使用條件，合理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）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（gāng）、特（tè）殊（shū）鋼等對（duì）鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴（yán）格，需要（yào）爐外精煉除去（qù）鋼（gāng）中（zhōng）雜質及夾（jiá）雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等（děng）。鎂（měi）鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料（liào）中（zhōng）的遊（yóu）離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質（zhì）反應，使其轉（zhuǎn）移到（dào）爐（lú）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（liàn）低氧鋼，是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（yán）長爐襯壽命（mìng）、降低耐火材料消耗，研究（jiū）人員對（duì）白雲石質耐火材料進行了許多試驗研（yán）究，取得了很好（hǎo）的結果。

MgO在真空（kōng）條（tiáo）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（shù））就可使（shǐ）MgO相對揮發性大大降（jiàng）低。因此（cǐ），MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高溫真空條件（jiàn）下使用比純MgO質耐火材料（liào）更合適。

鋼水中的脫（tuō）S反（fǎn）應中，要使鋼水S含量低，熔渣（zhā）必須是CaO含（hán）量高的高堿度（dù）渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低（dī）。要使O含量低，就要選擇氧（yǎng）勢盡可能低的耐火材料，Mg與（yǔ）Ca在高溫下以氣態（tài）存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也（yě）很小（xiǎo），因（yīn）此，精煉設備應該選用鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）。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（lì）脫P，因此，用CaO含量高的鎂（měi）鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高（gāo）、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合（hé）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（zhǔ）要來自熔渣（zhā）或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力（lì）學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火材料對（duì）鋼水性能的影響

耐火材（cái）料對（duì）鋼中氧含量的（de）影響：王（wáng）龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中（zhōng）的CaO熱力學穩定性高，具有（yǒu）很低的氧（yǎng）平衡分壓，在（zài）鋼水中的溶解度很小，被認為是防止（zhǐ）鋼水增氧的（de）有效材料。

耐火材料對鋼中S的（de）影（yǐng）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效果（guǒ）。結果表明：在（zài）1600℃下，反應45min時，脫S效果更（gèng）好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回（huí）S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質（zhì）鋼包（bāo）內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降（jiàng）低鋼包內襯的再氧化能力（lì），另一方麵可以避免強還（hái）原條件下鋼包渣導致（zhì）耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼（gāng）中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。實驗結果表明：當（dāng）澆注料（liào）中w（CaO）為（wéi）25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原（yuán）始的（de）0.1%降低到0.01%，進一步提（tí）高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度（dù）降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響（xiǎng）：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一（yī）製品（pǐn）第二次使用時，鋼水僅發生輕（qīng）微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量（liàng）的影響：耐火（huǒ）材料中的水分以（yǐ）及其中（zhōng）的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯（xiǎn）著（zhe）影響。連鑄過程（chéng）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、中間（jiān）包烘烤，能有效地降低鋼（gāng）水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含（hán）量的影響：傳統耐火材料（liào）N含量很低，近年來氮（dàn）化物在耐火材料（liào）中應用受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間（jiān）包之間，保護（hù）套管非常重要，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（liào）對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人（rén）研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔（jié）淨化的影響，實驗表明：在（zài）反應30min的情況下，隻（zhī）有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿（jiǎn）性耐火材料均（jun1）使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣（gài）耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應（yīng）生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約（yuē）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(矽酸（suān）三鈣)高熔點化合（hé）物被（bèi）吸附鎂鈣質耐火材料（liào）表麵（miàn），形成保護層（céng），或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣（zhā）層（céng）中；在（zài）鎂鈣質耐火材料（liào）中的活性CaO含量越高（gāo），吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂（měi）鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究（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（zhuān）抗高堿度的（de）AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分（fèn）致密程度高，較不燒白雲（yún）石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐（lú）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（dī）堿（jiǎn）度渣侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的鎂（měi）鈣磚。鎂鈣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（yīn）為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材（cái）料表層致密化而有效抑製（zhì）熔渣的滲透。低堿度（dù）熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕和滲透能力（lì），主（zhǔ）要（yào）是熔渣對基質（zhì）的強溶蝕並滲（shèn）透作用（yòng）。

隨州鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研（yán）究

鎂鈣碳（tàn）磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚種類複雜。除具備（bèi）鎂（měi）鈣（gài）磚的特性（xìng）外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚的（de）性（xìng）能同時取（qǔ）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，抗渣侵蝕（shí）和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢（xián）等人采用煉鋼轉爐的初期渣（zhā）、中期渣和終期渣分別對鎂鈣（gài）碳磚及鎂碳磚的侵蝕（shí）進行實驗。實驗結果（guǒ）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（shēng）結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較輕（qīng），是因為在磚的界麵（miàn）上產生了（le）C2S保護層；可是中期渣（zhā）和終期渣（zhā），MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕損率反而分別比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因為其（qí）在高溫中（zhōng）及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴重。

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

白雲石質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（hán）量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而（ér）且尺寸很小（xiǎo）和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材（cái）具有高性能、高（gāo）品（pǐn）質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火（huǒ）材料（liào）始終與鋼水（shuǐ）接觸，一般耐火材（cái）料對鋼水或多（duō）或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火（huǒ）材料能（néng）淨（jìng）化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環（huán）境。