徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝的角度研究提高（gāo）鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化（huà）作用，總是認（rèn）為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙（wū）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（bú）汙染鋼（gāng）水，反而能淨化鋼水，並且（qiě）也不汙（wū）染環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等爐外精煉裝置中應用（yòng）日益增加。

白雲石與（yǔ）鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原（yuán）料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包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（shì）指（zhǐ）全部用煆燒或電熔的白（bái）雲石做原料的（de）定型（xíng）或不定形耐火（huǒ）材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石（shí）與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）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熔渣和抗水化能力越強；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔渣的能（néng）力越（yuè）強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷（lín）的效果越好，但抗水化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質（zhì）耐火（huǒ）材料對淨化鋼（gāng）水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元（yuán）素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴（yán）格，需要爐（lú）外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料（liào）中的遊離CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除（chú）去雜質、淨化鋼水的功能（néng）。由（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也（yě）適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶（yě）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（zhǎng）爐襯（chèn）壽命、降低耐火材料消耗，研究人員（yuán）對白雲石質耐火材（cái）料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空（kōng）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（摩爾分數）就可使（shǐ）MgO相對揮發性大大（dà）降低。因此，MgO質（zhì）材料（liào）中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在（zài）高（gāo）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含量高的高堿度（dù）渣，並且鋼水中溶解（jiě）的（de）O含量盡可能要（yào）低。要使O含量低，就要選（xuǎn）擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣（qì）態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢（shì）也很小，因此，精煉設備應該（gāi）選用鎂鈣質耐火材料。溫度升（shēng）高不利於脫P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣質耐火材（cái）料同樣也（yě）有利脫P。

鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透（tòu）性好，特別是熔（róng）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物C2S或C3S,形成保護層，從而（ér）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設備內襯耐（nài）火材料的水分及有機（jī）添加物。熱力學（xué）分析認為：要在1200℃下長期（qī）烘烤，充分排除其中的水分，就不存（cún）在（zài）鋼水中氫（qīng）（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼（gāng）水性（xìng）能（néng）的影響

耐火材料對（duì）鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡（héng）分壓，在鋼水中的溶解（jiě）度（dù）很小，被（bèi）認為是防（fáng）止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影（yǐng）響：田琳等人試驗研究鎂（měi）鈣磚（zhuān）與鋼水（shuǐ）中（zhōng）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（xiào）果（guǒ）更（gèng）好，脫S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫（tuō）S率降低，出現“回S”現象（xiàng）。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包（bāo）內襯是很必（bì）要的，這樣一（yī）方麵可以盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧（yǎng）化（huà）能（néng）力，另一方麵可以（yǐ）避免強還原條件下鋼（gāng）包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中（zhōng）P含量的影（yǐng）響（xiǎng）：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（míng）：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度（dù）降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一（yī）步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對（duì）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（dāng）同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及（jí）其中的（de）有機粘結劑（jì）會對鋼水（shuǐ）中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包（bāo）係統中使用保護套管保護主流時（shí），有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有（yǒu）效地（dì）降低鋼水的（de）吸（xī）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（dī），近年（nián）來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分（fèn）解對鋼（gāng）水造成增N。更大的增N量在（zài）鋼（gāng）包與中（zhōng）間包之間，保護套管非常重（chóng）要，連鑄的增N點就是（shì）長水口保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響（xiǎng）：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（yīng）30min的（de）情況下，隻有鎂鈣質耐火（huǒ）材料能去除鋼水中的（de）夾雜物，其餘的堿性耐（nài）火材料均使鋼水夾雜物數量增（zēng）加（jiā）。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的複合化合物，熔點約（yuē）為1400℃左右，可有（yǒu）效地去除鋼（gāng）中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成（chéng）C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐（nài）火材料表麵，形成保（bǎo）護層，或者從鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼（gāng）水中夾（jiá）雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的抗侵蝕（shí）性能（néng）：梁義兵（bīng）等人采用靜態坩堝法研究3種不（bú）鏽鋼冶煉（liàn）用鎂鈣磚（zhuān）的抗渣性。試驗結果得出（chū），CaO含量高的白雲石磚（zhuān）抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較（jiào）強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不（bú）燒白（bái）雲石磚（zhuān）具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的（de）VOD爐渣對（duì）三種磚的（de）侵蝕和滲透比高堿度（dù）渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的燒成鎂鈣磚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（cái）料具有（yǒu）良好的抵抗高堿度熔渣的侵（qīn）蝕和滲透能力，這是（shì）因為（wéi）渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致（zhì）密化而有效抑製（zhì）熔渣的滲（shèn）透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透（tòu）能力（lì），主要（yào）是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作（zuò）用。

天門鎂磚之鎂鈣碳磚的性（xìng）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（zhǒng）類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好（hǎo）的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗（kàng）剝（bāo）落（luò）性能越（yuè）好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強（qiáng）。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研（yán）究：崔淑（shū）賢等人采用煉（liàn）鋼轉爐的初期渣、中期渣（zhā）和終期渣分（fèn）別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚的侵蝕進行（háng）實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產生結構剝落（luò），蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在（zài）磚的界麵上產生了（le）C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）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（jí）被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲（yún）石碳（tàn）磚高溫抗氧化性和熱震穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水（shuǐ）的脫O、脫（tuō）S、脫P等，適合（hé）冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐（nài）火材料對潔淨鋼的影響

潔（jié）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（wù）不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到（dào）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（zhì）。在鋼水從冶（yě）煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對（duì）鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即（jí）鎂鈣質耐火材料能淨化鋼（gāng）水，除去鋼中（zhōng）的（de）非金屬夾雜物，而且不汙染環境。