徐平坤

以（yǐ）前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮（lǜ）與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染（rǎn）。可是通過對（duì）白雲（yún）石質（鎂鈣質（zhì））耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化（huà）鋼水（shuǐ），並（bìng）且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益（yì）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（wù）原料，煆燒後的理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火材料主（zhǔ）要包括白雲石質耐火材料、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（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耐火材料；鎂白雲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製品的高（gāo）溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）力（lì）越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力（lì）越強，高（gāo）溫（wēn）蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、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（gāi）根據爐外精煉等熱工設備的不同（tóng）部位使用條件，合理選（xuǎn）擇鎂鈣質耐（nài）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、特殊鋼（gāng）等對（duì）鋼（gāng）中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量（liàng）要求嚴格，需要（yào）爐外精煉除去鋼中雜質及（jí）夾雜物以及脫氣（qì）、調整化學（xué）成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離（lí）CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其（qí）轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼（gāng）、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低（dī）耐火材料消耗，研究（jiū）人員對白雲石質耐火材料進行了許（xǔ）多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條（tiáo）件下容易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮發（fā）性是有影響（xiǎng）的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低（dī）。因此，MgO質材料（liào）中加入一定量的（de）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含量低，熔渣必須（xū）是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可（kě）能要低。要使O含量低，就要選擇（zé）氧勢盡可（kě）能低（dī）的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以（yǐ）氣態存在，在（zài）鋼水中的溶解度（dù）很小，而CaO的（de）氧勢也很小，因此，精煉設備應該（gāi）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（gài）質耐火材料同樣也（yě）有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲（shèn）入會與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，從而抑製熔渣的滲透。

關於（yú）H含量的問（wèn）題，采用（yòng）真空精（jīng）煉，其（qí）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（rèn）為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水（shuǐ）分，就不存在（zài）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（rén）認（rèn）為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓（yā），在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影（yǐng）響：田琳等人試驗研究（jiū）鎂鈣磚（zhuān）與鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫（tuō）S效果。結果表明：在1600℃下，反（fǎn）應45min時（shí），脫S效果更好，脫（tuō）S率達70.12%；超過45min，脫S率（lǜ）降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效（xiào）果，使用白雲石質（zhì）鋼包內襯是很必（bì）要的，這樣一方麵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（yuán）條件下鋼包渣導致耐（nài）火（huǒ）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P含量的影響。實驗結（jié）果表（biǎo）明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低（dī）到（dào）0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量（liàng）僅有小幅度降低（dī）。

耐火材料（liào）對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使（shǐ）用（yòng）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（shēng）輕微增C。

耐火材料（liào）對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑（jì）會（huì）對鋼水中的H含量產生顯著（zhe）影（yǐng）響。連鑄過程中，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、中間包烘烤，能有效地降低（dī）鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中（zhōng）N(氮（dàn）)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，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（zào）成（chéng）增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口（kǒu）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（lín）等人研究（jiū）了鎂鈣、鎂（měi）鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼（gāng）水潔淨化的影（yǐng）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（zá）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（gài）耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右（yòu），可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與（yǔ）SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高（gāo）熔點化合物被吸附鎂鈣（gài）質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮（fú）至保護渣層中；在鎂鈣（gài）質耐火材料中的（de）活性CaO含量越高，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性（xìng）能：梁義兵（bīng）等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶（yě）煉用鎂鈣磚的（de）抗渣性。試驗結果得出（chū），CaO含量高（gāo）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致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高（gāo）堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐渣對（duì）三種磚的侵蝕和滲（shèn）透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕（shí）性（xìng）明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量（liàng）低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣（gài）質材料具有良好的抵抗高堿（jiǎn）度（dù）熔渣的侵蝕和滲透（tòu）能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料（liào）表層（céng）致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有（yǒu）較強的侵蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

唐山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磚較燒成鎂鈣磚種類複（fù）雜（zá）。除具備鎂鈣磚（zhuān）的特性（xìng）外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚（zhuān）具有更好的真空（kōng）穩定性、抗熱震（zhèn）性。鎂鈣碳磚的性能同（tóng）時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣（zhā）侵蝕和抗剝落（luò）性能越強。

鎂（měi）鈣碳磚（zhuān）的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑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蝕進行實驗。實驗結果表明（míng）：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率比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（de）侵蝕較輕，是因（yīn）為在磚（zhuān）的界麵上產生了C2S保（bǎo）護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）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（bèi）渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高（gāo）溫抗氧（yǎng）化性和熱震穩定（dìng）性好，抗酸性熔渣能力強；而且（qiě）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（liào）對潔淨鋼的影響

潔淨（jìng）鋼係指（zhǐ）鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常（cháng）少，非金屬夾雜物不僅（jǐn）數量少，而且尺寸很小和形（xíng）態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般（bān）耐火材料對（duì）鋼水或多或少總有（yǒu）些汙染，唯有白（bái）雲石質（zhì）即鎂鈣質耐火（huǒ）材料能淨（jìng）化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。