徐平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝的（de）角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接（jiē）觸的耐火材料（liào）對鋼水的淨（jìng）化（huà）作（zuò）用，總是（shì）認為耐火材料（liào）或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐（nài）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（jìng）化鋼水，並且也（yě）不汙染環境，在（zài）AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐（nài）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%，比值為（wéi）1.93。鎂（měi）鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐（nài）火材料（liào）、鎂白（bái）雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白（bái）雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料（liào）的（de）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（cái）料。MgO、CaO含（hán）量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水（shuǐ）化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔（róng）渣的能力越強，高溫蠕（rú）變越大，抗剝落性能（néng）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（cǐ），應該根（gēn）據爐外精煉等（děng）熱工設備的不同部位使用條（tiáo）件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）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（yào）爐外精（jīng）煉除去鋼中雜質（zhì）及夾雜（zá）物以及脫氣、調整化（huà）學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到（dào）爐渣（zhā）中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣（gài）質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐（lú）外（wài）精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗（hào），研究人員對白雲石質耐火材料進行了許（xǔ）多試驗研究，取（qǔ）得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）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質材料中加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料（liào）更合適。

鋼（gāng）水中的脫S反應中，要（yào）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（gāng）水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低（dī），就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存（cún）在（zài），在（zài）鋼水中的溶解度很小（xiǎo），而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設備應該（gāi）選用鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采（cǎi）用CaO含量高即（jí）堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的（de）鎂（měi）鈣質耐火材料同樣也有利脫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滲入會與MgO-CaO耐（nài）火材料中的CaO反應（yīng）生成高熔（róng）點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔（róng）渣的（de）滲透。

關於H含（hán）量的問題，采（cǎi）用真空精煉，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：要在1200℃下長（zhǎng）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（zēng）高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧（yǎng）含量的影響（xiǎng）：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的（de）溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料（liào）對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣（gài）磚與鋼（gāng）水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂鈣質（zhì）耐火材料的脫S效果。結果表（biǎo）明：在（zài）1600℃下，反應（yīng）45min時，脫S效果更（gèng）好，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（xiào）的脫S效果，使用白雲石質（zhì）鋼包內襯是很（hěn）必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼（gāng）包內襯的（de）再氧（yǎng）化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼（gāng）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（yǐng）響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量（liàng）大幅度降（jiàng）低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高（gāo）CaO含量（liàng），鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表（biǎo）明，使用含C耐（nài）火材料，鋼水顯（xiǎn）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會對鋼水中的H含量（liàng）產（chǎn）生顯著影響。連鑄過程中，鋼包（bāo）和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導（dǎo）致吸（xī）H。對（duì）鋼包、中間包烘烤，能有效地降（jiàng）低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響（xiǎng）：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（fèn）解對鋼（gāng）水造成增N。更大的增N量在鋼包與中（zhōng）間包之間，保護套（tào）管非常重要，連鑄的（de）增N點（diǎn）就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研（yán）究了鎂（měi）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（míng）：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材（cái）料能（néng）去除（chú）鋼水中（zhōng）的夾雜物，其餘的堿性耐火材料（liào）均使鋼水夾（jiá）雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的（de）CaO反應（yīng），如CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔（róng）點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料（liào）中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物（wù）的能（néng）力越強。

鎂鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等人（rén）采用靜態坩堝法研（yán）究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高（gāo）堿度的（de）AOD渣侵蝕和滲（shèn）透能力比較強。燒成白雲（yún）石磚基質部分（fèn）致密程度高，較不燒白雲石磚具（jù）有更好（hǎo）的（de）抗（kàng）高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚（zhuān）的侵蝕和滲透（tòu）比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕能力好於CaO含量（liàng）低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材料具有良好的抵抗（kàng）高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與（yǔ）鎂鈣材料（liào）作（zuò）用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度（dù）熔渣具有較強的侵蝕和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲（shèn）透作用。

運（yùn）城鎂磚之鎂鈣碳磚的（de）性能及（jí）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。除具備鎂鈣（gài）磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚（zhuān）具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂（měi）鈣碳磚的性能同時（shí）取決（jué）於CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝落性能越（yuè）好，淨化鋼水（shuǐ）的效果也越好；C含量越高，抗渣侵（qīn）蝕和（hé）抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期（qī）渣、中（zhōng）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：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產（chǎn）生結（jié）構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界（jiè）麵上產生了C2S保護層；可是中期（qī）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%，因為其在高（gāo）溫中及（jí）被渣中∑FeO溶解，所以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重。

孫惠章等人研究結（jié）果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔（róng）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（shì）合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石（shí）質（zhì）耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（fèn）（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，合金元素成（chéng）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（de）整（zhěng）個過（guò）程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐（nài）火材料對（duì）鋼水或多或（huò）少總有些汙染（rǎn），唯有白雲石（shí）質即鎂鈣質（zhì）耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。