徐平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝的角度研究（jiū）提高鋼的純淨度（dù），沒有（yǒu）考慮與鋼水直（zhí）接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總（zǒng）是認為（wéi）耐火材（cái）料或多或少地會（huì）對鋼水產生（shēng）汙染。可是通（tōng）過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際（jì）試驗，得（dé）出鎂（měi）鈣質材料不但不汙（wū）染鋼水，反而能（néng）淨化鋼水，並（bìng）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（yì）增（zēng）加。

白（bái）雲石與鎂鈣質耐火（huǒ）材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理（lǐ）論（lùn）組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣（gài）質（zhì）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（liào）。

其中，白雲石質（zhì）耐火材料是（shì）指全部用煆燒或電熔的白雲石做原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（shí）合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響鎂鈣質製品（pǐn）的高溫使用性能，MgO含（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）力越強；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（néng）和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設（shè）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）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼（gāng）水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等（děng）對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量要（yào）求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾（jiá）雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化（huà）等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質（zhì）反應（yīng），使其轉移到爐渣中，具有（yǒu）除去雜質、淨化鋼水（shuǐ）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，是爐外精煉冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火（huǒ）材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究（jiū），取得了很好的結果。

MgO在真（zhēn）空（kōng）條件下容易揮發，而CaO對MgO的（de）揮發性是有影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩（mó）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製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要（yào）使鋼水S含（hán）量低，熔渣必須是CaO含（hán）量高的高堿度渣，並（bìng）且鋼水中溶解的O含（hán）量盡可能要低。要使O含量低（dī），就要選擇氧（yǎng）勢盡可能（néng）低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存（cún）在，在鋼水中的（de）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（měi）鈣（gài）質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的（de）熱震穩定性高、抗渣滲透（tòu）性好，特（tè）別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反應生成（chéng）高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層（céng），從而抑製熔渣的滲透。

關於（yú）H含量的（de）問題，采用真（zhēn）空精（jīng）煉，其H主（zhǔ）要來自熔渣或精煉設（shè）備內襯耐火材料的水分及有機添加（jiā）物。熱力學分析（xī）認為：要在（zài）1200℃下長期烘（hōng）烤，充分排除其中的水分，就不存在（zài）鋼（gāng）水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材（cái）料（liào）對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中（zhōng）的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在（zài）鋼水中的溶解度很（hěn）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（jiū）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（míng）：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出（chū）現“回S”現象。為了使鋼（gāng）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，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼（gāng）包（bāo）渣導致耐火材料（liào）的過度消耗。

耐火材（cái）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（hán）量的影響。實（shí）驗結果表明（míng）：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含（hán）量大幅度降低，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。

耐火材料對鋼水碳（tàn）含量的影響：實驗表明，使用含（hán）C耐火材料，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。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以（yǐ）及其中的有機（jī）粘結劑會對鋼水中的H含量產（chǎn）生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護（hù）套管保護（hù）主流時，有機（jī）粘結劑導致吸H。對鋼包、中間（jiān）包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮（dàn）)含量的影響：傳（chuán）統耐火材料N含（hán）量很低，近（jìn）年來（lái）氮（dàn）化（huà）物在耐火材料中應用受到（dào）關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包（bāo）與中間包之間，保護套管非常重要（yào），連鑄的增N點就是長（zhǎng）水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對（duì）鋼水中夾雜物（wù）的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨（jìng）化的影響（xiǎng），實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料（liào）能去除鋼水中的夾（jiá）雜物，其餘（yú）的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等（děng）夾（jiá）雜物可與鎂（měi）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，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣（gài）)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高（gāo）熔（róng）點化合物被吸附鎂鈣（gài）質耐火材料表麵（miàn），形成保護層，或者從鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料表麵上剝（bāo）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，吸附鋼水中夾雜物（wù）的能力越（yuè）強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料（liào）的抗侵蝕性能：梁義（yì）兵等人采用靜態坩堝（guō）法研究3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和（hé）滲透能（néng）力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白（bái）雲石磚具有更好的抗高（gāo）堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐（lú）渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度（dù）渣嚴重得多。相對而言（yán），燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性（xìng）明（míng）顯（xiǎn）好於不燒鎂鈣磚，CaO含量（liàng）高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）能（néng）力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和（hé）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（yǒu）效抑製熔（róng）渣的滲透（tòu）。低堿度熔渣具有較強的（de）侵蝕和滲（shèn）透能力（lì），主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

伊犁鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的（de）研究

鎂鈣碳磚主要（yào）性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複（fù）雜。除具備鎂（měi）鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好（hǎo）的真空（kōng）穩（wěn）定性、抗熱震（zhèn）性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的（de）含量。CaO含量越高（gāo），抗（kàng）剝落性能越（yuè）好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的（de）抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢等人采用（yòng）煉鋼轉爐的（de）初期渣、中期渣和（hé）終期渣分別（bié）對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕（shí）進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較輕，是因為在磚（zhuān）的界麵上產（chǎn）生了C2S保護層（céng）；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分（fèn）別（bié）比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為（wéi）其在高溫中（zhōng）及被渣中∑FeO溶解，所以比（bǐ）MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明（míng）鎂白雲石碳磚高（gāo）溫抗（kàng）氧（yǎng）化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫（tuō）O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白（bái）雲石質耐火材料對潔淨（jìng）鋼的影響

潔淨鋼（gāng）係指鋼中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）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整個過（guò）程中，耐（nài）火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料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淨化鋼水，除去鋼中的非（fēi）金屬夾雜物，而且不汙染環境。