徐平坤

以（yǐ）前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨（jìng）度，沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐（nài）火材料對鋼水的淨化作用，總是認（rèn）為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論（lùn）研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也（yě）不汙染環境，在（zài）AOD、VOD、精煉鋼包等爐外（wài）精煉裝置中（zhōng）應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材（cái）料的（de）特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是（shì）天然礦（kuàng）物原料，煆燒後的理論組（zǔ）成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料主要包括白雲（yún）石質耐（nài）火材料、鎂白（bái）雲（yún）石質耐火材料（liào）、鎂鈣質耐火材料（liào）。

其中，白（bái）雲石質耐火材料是指全部用煆（duàn）燒或電熔（róng）的白雲石做原料（liào）的定型或不定形耐火材料（liào）；鎂白（bái）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（liàng）的變化影響鎂鈣質製品（pǐn）的高（gāo）溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣（zhā）的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落（luò）性能和脫硫、脫磷的效果越好（hǎo），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備的不同（tóng）部（bù）位使用條件（jiàn），合理選擇鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料中的（de）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及脫氣、調整化學成（chéng）分和均勻化等。鎂鈣（gài）質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等（děng）雜（zá）質反（fǎn）應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能（néng）。由於CaO的氧勢很低，鎂（měi）鈣質耐火材料也適合用於冶（yě）煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨鋼（gāng）、特殊鋼等設備的耐火（huǒ）材料。近（jìn）年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進（jìn）行（háng）了許多試驗研究，取得了很好的結（jié）果。

MgO在真空條件下容易揮發（fā），而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就（jiù）可使MgO相對揮發（fā）性大大降（jiàng）低。因此，MgO質材料中加（jiā）入一定量的（de）CaO製成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在（zài）高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材（cái）料更合適。

鋼水中的脫S反應中（zhōng），要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣（zhā），並且鋼水中溶解的（de）O含量盡可能要低。要使O含量低，就要（yào）選擇氧勢盡可能低（dī）的耐火材（cái）料，Mg與Ca在高溫（wēn）下以氣態（tài）存在，在鋼水中的（de）溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因（yīn）此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利（lì）於（yú）脫P，但（dàn）鋼包（bāo）中采用CaO含量高即（jí）堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材（cái）料同（tóng）樣也有利脫（tuō）P。

鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料的熱（rè）震穩定性高、抗渣滲透性好（hǎo），特（tè）別是熔渣中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。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔（róng）渣或精煉設（shè）備內襯耐火材料的水分及有機添加（jiā）物（wù）。熱力（lì）學分析認為：要（yào）在1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充（chōng）分排除其中的（de）水（shuǐ）分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中（zhōng）氧含量的影響：王龍光等（děng）人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很（hěn）低（dī）的氧平衡分壓（yā），在（zài）鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼（gāng）水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）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（dá）70.12%；超過（guò）45min，脫（tuō）S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果（guǒ），使用（yòng）白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧化能力（lì），另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐（nài）火材（cái）料的過度消耗（hào）。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡（kuāng）加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注料對鋼中P含量的影（yǐng）響。實（shí）驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進（jìn）一步提高CaO含量，鋼中P含量僅（jǐn）有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量（liàng）的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次（cì）使用時（shí），鋼（gāng）水僅發（fā）生輕（qīng）微增C。

耐火材料對鋼中H(氫（qīng）)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（de）H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統（tǒng）中使用保護套管保（bǎo）護主流時，有機粘結（jié）劑導致吸（xī）H。對（duì）鋼包、中間包烘（hōng）烤，能有效地（dì）降（jiàng）低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：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分解對（duì）鋼水造成增（zēng）N。更大的增N量在鋼包與（yǔ）中間包之間，保護（hù）套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐（nài）火材料（liào）對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材（cái）料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實（shí）驗表明：在反應30min的情況下（xià），隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火（huǒ）材（cái）料均使鋼水夾雜物數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火（huǒ）材料（liào）中的CaO反應，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（dì）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（gāo）熔點化合物被（bèi）吸附鎂鈣（gài）質耐火材料表（biǎo）麵，形成保護層，或者從（cóng）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（huǒ）材料中的（de）活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

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堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強（qiáng）。燒成白雲石磚基（jī）質部分致密程（chéng）度高，較不燒白雲石磚具有更好（hǎo）的抗高堿度渣（zhā）侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴重得（dé）多。相對而言，燒成的鎂鈣（gài）磚抵（dǐ）抗低堿度（dù）渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕能力好於CaO含（hán）量低的（de）鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具有良好的抵抗高堿度熔渣（zhā）的侵蝕和滲透能力，這是因為（wéi）渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使（shǐ）材料表層致密（mì）化而有效抑製熔渣的滲透。低（dī）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。

玉樹鎂（měi）磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的（de）研究

鎂鈣碳磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複（fù）雜（zá）。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具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（jí）C的含量。CaO含量越高，抗（kàng）剝落性能越好，淨化鋼（gāng）水的效果也越好；C含量越高，抗（kàng）渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢（xián）等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中（zhōng）期渣和終期渣分別對鎂鈣（gài）碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初（chū）期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落（luò），蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為（wéi）在磚的（de）界（jiè）麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率（lǜ）反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其（qí）在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴重。

孫惠章等人（rén）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好，抗酸性熔渣能力（lì）強；而且（qiě）磚中的CaO有利於鋼（gāng）水的脫O、脫S、脫P等，適（shì）合冶煉鋼的電（diàn）爐爐襯。

白雲石質耐火（huǒ）材料對潔淨（jìng）鋼的影響

潔淨鋼係（xì）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（hé）形態得（dé）到控製，合金元素成分精準並（bìng）且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品（pǐn）質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過（guò）程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一（yī）般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有（yǒu）白雲石質即鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料能淨化鋼水（shuǐ），除（chú）去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。