徐平坤

以前（qián），從（cóng）煉鋼工（gōng）藝的角度研究提高鋼的純淨（jìng）度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材料對鋼水的淨化作用，總（zǒng）是（shì）認為耐火材料或多或少地會對（duì）鋼水產生汙染。可是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論（lùn）研究和實際試（shì）驗，得出鎂鈣（gài）質材（cái）料不但不汙染鋼（gāng）水，反而能淨化鋼水，並且也不汙（wū）染環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等爐外精煉裝置中應用日（rì）益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征（zhēng）

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，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（bāo）括白雲石質耐火材料、鎂（měi）白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材（cái）料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原（yuán）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（de）高溫使用性能（néng），MgO含（hán）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熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好（hǎo），但抗水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根（gēn）據爐外精煉等熱（rè）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w（CaO）/w（MgO）。

白雲石（shí）質耐（nài）火材料對（duì）淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼（gāng）、特（tè）殊鋼等對鋼中的雜質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（yǐ）及脫（tuō）氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的（de）遊離CaO，易與鋼（gāng）水中的S、P等（děng）雜（zá）質反應，使其（qí）轉移到爐（lú）渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於（yú）CaO的氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐火材料也適合用於冶（yě）煉低（dī）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（le）淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白（bái）雲石質耐火（huǒ）材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結（jié）果。

MgO在真空（kōng）條（tiáo）件下容易（yì）揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分（fèn）數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定（dìng）量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐（nài）火材（cái）料，在高溫真空條（tiáo）件下使用比（bǐ）純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫（tuō）S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量（liàng）高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的（de）O含量盡可能要低。要（yào）使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以（yǐ）氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該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含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的（de）熱震穩（wěn）定性（xìng）高、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（gāo）熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含（hán）量的問題，采用真（zhēn）空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及（jí）有機添加物。熱力學分析認為：要（yào）在1200℃下長期烘烤，充分排除其（qí）中的水分，就不（bú）存在鋼水中氫（H）含量增高問（wèn）題。

鎂鈣質（zhì）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：王龍光等人認（rèn）為MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧（yǎng）平衡分壓，在鋼水中的溶解（jiě）度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料（liào）。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫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效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣（yàng）一方麵可以盡可（kě）能降低（dī）鋼（gāng）包內襯的再氧化（huà）能（néng）力，另（lìng）一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過（guò）度消耗。

耐火材料對鋼中P含量（liàng）的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響（xiǎng）。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含量大幅度降低，由原始（shǐ）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（fú）度降低。

耐火材料對鋼水碳（tàn）含量的影響（xiǎng）：實驗表明，使用含C耐火材料（liào），鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對（duì）鋼中H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火材料中的水分以及其（qí）中的有機粘（zhān）結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影（yǐng）響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使（shǐ）用保護套管保護主流時，有機粘結（jié）劑導致吸H。對（duì）鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統（tǒng）耐火材料N含量（liàng）很低，近年來氮化物（wù）在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成（chéng）增N。更大的（de）增N量在鋼（gāng）包與中（zhōng）間包之間，保（bǎo）護套管非常重要，連鑄的增（zēng）N點就是長水口保護，此處（chù）增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料（liào）對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料對（duì）管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情（qíng）況下，隻有鎂鈣質耐火材料能（néng）去除鋼水（shuǐ）中（zhōng）的夾雜物，其餘（yú）的（de）堿性耐火材料均（jun1）使鋼水夾雜（zá）物數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的（de）CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合（hé）物，熔點約為1400℃左右，可有效（xiào）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（sān）鈣)高熔點化合物被吸附（fù）鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層（céng）中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜（zá）物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽（xiù）鋼冶煉用（yòng）鎂鈣磚的抗渣性（xìng）。試驗（yàn）結果得（dé）出，CaO含量（liàng）高的白雲石磚抗（kàng）高堿度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能（néng）力比較強（qiáng）。燒成（chéng）白雲石磚（zhuān）基質部分致密程度高，較不燒白雲（yún）石磚具有（yǒu）更好的抗高堿度（dù）渣（zhā）侵蝕性（xìng）。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴重（chóng）得多（duō）。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低（dī）堿（jiǎn）度渣侵蝕性明顯好於（yú）不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵抗（kàng）低堿度渣（zhā）侵蝕能力好於CaO含量低的（de）鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材料具有（yǒu）良（liáng）好的抵抗高堿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，使材料表層致密化而有（yǒu）效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

延安鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜（zá）。除具備鎂鈣磚的（de）特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂（měi）鈣碳磚的性能同時取決於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，抗渣侵蝕和抗剝落（luò）性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人采用煉鋼（gāng）轉爐的初期渣、中期（qī）渣和（hé）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：初期渣MgO—C磚蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為（wéi）在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣（zhā）和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕（shí）損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）中及被渣（zhā）中（zhōng）∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重。

孫（sūn）惠章等人研究結果表（biǎo）明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性（xìng）好，抗酸（suān）性熔渣能力強；而且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電（diàn）爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼（gāng）係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，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（hé）金元素（sù）成分精準（zhǔn）並且分布（bù）均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品質。在鋼水從冶煉到（dào）精煉的整個過程中，耐火材料始終與（yǔ）鋼水接觸，一般耐火材料（liào）對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能（néng）淨化（huà）鋼水，除（chú）去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。