徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直（zhí）接接觸的（de）耐火材料對鋼（gāng）水（shuǐ）的淨（jìng）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）。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的（de）理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料（liào）不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增（zēng）加。

白雲石與鎂（měi）鈣質耐火材料的特征

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

其中（zhōng），白雲石（shí）質耐火材料是指全部用煆燒或（huò）電熔的白雲石做原料的定型（xíng）或不定（dìng）形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用（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（gāo）溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越（yuè）強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，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，應該根據爐外精煉等熱工設備（bèi）的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質（zhì）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、特殊鋼等對鋼中的（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格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整（zhěng）化學成分和均勻（yún）化（huà）等。鎂鈣質耐火材料（liào）中的（de）遊離（lí）CaO，易與（yǔ）鋼水中的S、P等雜質反應，使其（qí）轉移（yí）到爐渣中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的（de）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，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了（le）淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消（xiāo）耗，研究人員對（duì）白雲石質（zhì）耐火材料進行了許多試驗研（yán）究，取得了（le）很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮（huī）發（fā），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MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質（zhì）材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空（kōng）條件下使用比純MgO質耐火材料（liào）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（róng）解（jiě）的O含量盡可能要（yào）低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材（cái）料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設（shè）備應該選（xuǎn）用鎂鈣質耐火（huǒ）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（de）熔渣有（yǒu）利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也（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（shì）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物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關（guān）於H含（hán）量（liàng）的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精（jīng）煉設備內襯耐火（huǒ）材料（liào）的水分（fèn）及有機（jī）添加（jiā）物。熱力學分（fèn）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）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料（liào）對（duì）鋼水性能的影響（xiǎng）

耐火材（cái）料對鋼中氧含量的影響：王（wáng）龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力（lì）學穩定（dìng）性高（gāo），具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防（fáng）止鋼水增氧的有效材料。

耐火（huǒ）材料對鋼中S的影響：田琳等（děng）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。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效（xiào）果（guǒ）更好，脫S率（lǜ）達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得（dé）有（yǒu）效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能（néng）降低鋼包內襯的再（zài）氧化能力，另一方麵可以（yǐ）避免強還（hái）原條件下鋼包渣導致耐火（huǒ）材料的過度消耗。

耐火（huǒ）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（zhōng）P含量的影（yǐng）響。實驗結（jié）果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中（zhōng）P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提（tí）高CaO含量，鋼中（zhōng）P含量僅有（yǒu）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（dāng）同（tóng）一製品第二（èr）次使用（yòng）時，鋼水僅發生輕微（wēi）增C。

耐火材料對（duì）鋼中H(氫)含（hán）量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的（de）H含量產生顯著（zhe）影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用（yòng）保護套管保護主流（liú）時，有（yǒu）機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤（kǎo），能有效地降低（dī）鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳（chuán）統耐（nài）火材（cái）料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中（zhōng）應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量（liàng）在（zài）鋼包（bāo）與中間包之間，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（liào）對鋼水中（zhōng）夾雜物的影（yǐng）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（gài）質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾（jiá）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（yīng），如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的（de）複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼（gāng）中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵上剝落下來上浮至保護（hù）渣層中（zhōng）；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼（gāng）水中夾雜物的能力越（yuè）強（qiáng）。

鎂（měi）鈣質耐火材料的抗侵（qīn）蝕性能（néng）：梁義兵等人（rén）采用靜態坩堝法研究3種不（bú）鏽鋼（gāng）冶煉用鎂（měi）鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的（de）白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力（lì）比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程（chéng）度高，較不燒白雲石（shí）磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴重得（dé）多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性（xìng）明（míng）顯好於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能（néng）力好於CaO含量低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿（jiǎn）度熔渣的侵蝕和滲透能（néng）力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材（cái）料表層（céng）致密化而有效（xiào）抑（yì）製熔渣（zhā）的滲透。低堿度熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕（shí）和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

圖木舒克鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的（de）性能及抗侵蝕（shí）的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒（shāo）成（chéng）鎂（měi）鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性（xìng）外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具（jù）有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好（hǎo），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。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣（zhā）分別對鎂鈣碳磚及（jí）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（zhuān）高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴（yán）重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較（jiào）輕（qīng），是因為在磚的界麵上產生了（le）C2S保護（hù）層；可是中期渣（zhā）和（hé）終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率（lǜ）反而分（fèn）別比（bǐ）MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為其在高溫（wēn）中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕（shí）嚴重。

孫惠（huì）章等人研究結果表明（míng）鎂白雲石碳磚高溫抗氧（yǎng）化（huà）性（xìng）和熱震穩定性好，抗酸性熔渣（zhā）能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫（tuō）P等（děng），適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石（shí）質耐火（huǒ）材料對潔淨鋼的（de）影響

潔淨鋼係指（zhǐ）鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量（liàng）非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品（pǐn）質。在鋼水從冶煉（liàn）到（dào）精煉的（de）整（zhěng）個過程中，耐火材料始終與鋼（gāng）水接觸（chù），一般耐火材料對鋼（gāng）水或多（duō）或少總有（yǒu）些汙（wū）染，唯有白雲石質即鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料能淨化鋼水，除（chú）去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。