徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的（de）角度研究（jiū）提（tí）高（gāo）鋼的純（chún）淨（jìng）度，沒有考慮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。可是通過對白雲石（shí）質（鎂鈣質）耐火材（cái）料的理論（lùn）研究和實（shí）際試驗，得出（chū）鎂鈣質材料不但不汙染鋼水（shuǐ），反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼包（bāo）等（děng）爐外精（jīng）煉（liàn）裝（zhuāng）置中應（yīng）用日（rì）益（yì）增加。

白雲石（shí）與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（lùn）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（měi）白雲石質耐（nài）火材（cái）料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火（huǒ）材料是指全部用煆燒或電熔的白雲（yún）石（shí）做原料的定型或不定形（xíng）耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質（zhì）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（pǐn）的高溫使用性（xìng）能，MgO含量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力（lì）越強；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能（néng）和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越差。因此，應該根據爐外精（jīng）煉等熱工設備的不同部位使用（yòng）條件，合（hé）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（duì）淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜（zá）質及（jí）夾雜物以及脫（tuō）氣、調整化學成分和均勻化（huà）等。鎂鈣質（zhì）耐火材料中的遊離CaO，易與鋼（gāng）水（shuǐ）中的S、P等雜（zá）質反應，使其轉移（yí）到爐渣中，具有除去雜質、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低氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純（chún）淨鋼、特殊鋼等設（shè）備的耐火（huǒ）材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命（mìng）、降低耐火材料消耗（hào），研究人員對（duì）白雲（yún）石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件（jiàn）下容易揮發（fā），而CaO對MgO的揮發性是（shì）有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數）就可使MgO相對揮（huī）發性大大降（jiàng）低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高（gāo）溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水（shuǐ）中的脫S反（fǎn）應中（zhōng），要使鋼水S含量低（dī），熔（róng）渣必（bì）須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇（zé）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（jiě）度很小，而CaO的氧勢也很小（xiǎo），因此，精煉設（shè）備應該選用鎂鈣質耐火材料（liào）。溫度升高不利（lì）於脫P，但鋼包中（zhōng）采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此（cǐ），用CaO含量高的鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料（liào）同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣（zhā）滲透性好（hǎo），特（tè）別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應（yīng）生成高熔點化合物C2S或（huò）C3S,形成保護層，從而抑（yì）製熔渣的滲（shèn）透。

關於H含量的問題（tí），采用真空精煉，其（qí）H主要來自熔渣或精煉設備內（nèi）襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存（cún）在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響（xiǎng）

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

耐火材料對鋼（gāng）中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料的脫S效（xiào）果。結果（guǒ）表明（míng）：在1600℃下（xià），反應45min時，脫S效果更好（hǎo），脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼（gāng）包內襯是很必要的（de），這樣一（yī）方麵可（kě）以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另（lìng）一方麵可以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（liào）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。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為（wéi）25%時，鋼中P含量大幅度降（jiàng）低，由（yóu）原始的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（jiàng）低。

耐火材（cái）料對鋼水碳含量的（de）影響（xiǎng）：實驗表明（míng），使（shǐ）用（yòng）含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製（zhì）品（pǐn）第二次使用時，鋼（gāng）水僅發（fā）生輕（qīng）微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會（huì）對鋼（gāng）水中的（de）H含量（liàng）產生顯著影響。連鑄過程（chéng）中，鋼包和中間包係（xì）統中使用保護套管保護主流時（shí），有（yǒu）機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐（nài）火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火（huǒ）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分解對（duì）鋼水造成增（zēng）N。更大的增（zēng）N量在鋼包與中間包之（zhī）間，保護套管非常重要，連（lián）鑄的增N點就（jiù）是長水（shuǐ）口保護，此處增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水（shuǐ）中夾雜物的影響：田琳等人研究了（le）鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的（de）影響，實驗表明：在反（fǎn）應30min的情（qíng）況下，隻有鎂鈣質（zhì）耐火材料能去除鋼水（shuǐ）中的夾雜物，其餘（yú）的堿性耐火材料均使鋼水（shuǐ）夾雜物數量增加。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（yīng）生成Ca12Al4O3的複（fù）合化合物，熔點約為1400℃左（zuǒ）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(矽酸三鈣)高熔點化合（hé）物被吸附鎂鈣（gài）質耐火材料表（biǎo）麵，形成保護層，或（huò）者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下（xià）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）水中夾雜物（wù）的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂（měi）鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質（zhì）部分（fèn）致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度（dù）渣侵蝕性。堿（jiǎn）度較低的VOD爐渣（zhā）對三種磚的侵（qīn）蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而（ér）言，燒（shāo）成的鎂鈣（gài）磚抵（dǐ）抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含（hán）量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵（qīn）蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有（yǒu）良好的抵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（jiǎn）度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要（yào）是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

五指山鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳（tàn）磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類（lèi）複雜。除具備鎂（měi）鈣磚的（de）特（tè）性外，鎂（měi）鈣碳磚比鎂碳磚具（jù）有更好的真空穩定性、抗熱震（zhèn）性。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時取決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水（shuǐ）的（de）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（yán）究：崔淑賢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碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗（yàn）。實驗結果表明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構（gòu）剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和（hé）終期（qī）渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在（zài）高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲（yún）石碳磚高溫抗氧化性和（hé）熱震穩定性（xìng）好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利（lì）於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶（yě）煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指（zhǐ）鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金屬夾雜物不（bú）僅數量少，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（guò）程中，耐火材料始終與（yǔ）鋼水接觸（chù），一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白（bái）雲石質即鎂鈣質耐火（huǒ）材料能（néng）淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾雜物，而（ér）且不汙染環境。