徐平坤

以前（qián），從煉（liàn）鋼工藝的角度研究提高鋼的純（chún）淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的（de）淨（jìng）化作用（yòng），總是認為耐火材料或多或少地會對鋼（gāng）水產生汙染。可是通過對白雲石（shí）質（鎂鈣質）耐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（fǎn）而（ér）能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

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（bái）雲石質耐火材料、鎂（měi）白雲石質耐火材料、鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料（liào）。

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料的定（dìng）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（yǐng）響鎂鈣質製品的（de）高溫使用性能（néng），MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力（lì）越強，高溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差（chà）。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對（duì）淨化鋼水作用（yòng）的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）的含（hán）量要求嚴格，需要爐外精煉（liàn）除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均（jun1）勻化（huà）等。鎂鈣質耐火材料中的遊（yóu）離CaO，易與（yǔ）鋼水中的S、P等雜質反應，使其（qí）轉移（yí）到爐渣中（zhōng），具有（yǒu）除去雜質、淨化鋼水的功能。由於（yú）CaO的氧勢很低，鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，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（cái）料消耗，研究人員對白雲石質耐（nài）火材料進行了許多試驗研究，取得了很好（hǎo）的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相（xiàng）對揮發性（xìng）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，在高溫真空條件下使用比純MgO質（zhì）耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反（fǎn）應中（zhōng），要使鋼水S含量低，熔渣（zhā）必須是（shì）CaO含量高的高堿度渣，並（bìng）且鋼水中溶解的O含量（liàng）盡可能（néng）要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料（liào），Mg與Ca在高（gāo）溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應（yīng）該選用鎂鈣質耐火材料。溫度（dù）升高（gāo）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（cái）料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣（zhā）中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反（fǎn）應生（shēng）成（chéng）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含量（liàng）的問題，采用真空精（jīng）煉，其H主（zhǔ）要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析（xī）認為：要在（zài）1200℃下長期烘烤，充分排除（chú）其中的水分，就不存（cún）在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性（xìng）能的影響

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

耐火（huǒ）材料（liào）對鋼中S的影響：田（tián）琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂（měi）鈣質耐火材料的脫（tuō）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率降低，出現“回S”現象。為（wéi）了使鋼（gāng）包獲得有效的（de）脫S效果，使用白（bái）雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方（fāng）麵可以盡可能降低（dī）鋼包內襯的再氧化能力，另一方（fāng）麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致（zhì）耐火材（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質澆注料對鋼中P含量的影（yǐng）響（xiǎng）。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅（fú）度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量（liàng），鋼中P含量（liàng）僅有小幅度降（jiàng）低。

耐（nài）火材料對鋼水碳含量的（de）影響：實驗表明，使（shǐ）用含C耐火材（cái）料，鋼水顯著增（zēng）C，當同（tóng）一製品第二（èr）次（cì）使用（yòng）時，鋼水僅發生輕微增（zēng）C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水（shuǐ）分以及其中的有機粘結（jié）劑會對鋼水中的H含量（liàng）產生顯著影（yǐng）響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結（jié）劑導（dǎo）致（zhì）吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量（liàng）。

耐火材料（liào）對（duì）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（huà）物在耐火材料中應用受到關注，如（rú）Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，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）火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材料對（duì）管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除（chú）鋼水中的（de）夾雜物，其（qí）餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可（kě）與鎂鈣耐火（huǒ）材料中的CaO反（fǎn）應，如CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複（fù）合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去（qù）除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣（gài）)和C3S(矽酸三鈣)高熔（róng）點化合物被吸附鎂（měi）鈣質（zhì）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（shàng）浮至保護渣（zhā）層中；在鎂鈣質耐火材料中的（de）活性CaO含量（liàng）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（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性（xìng）。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗（kàng）高堿度（dù）的AOD渣侵蝕和滲（shèn）透能力（lì）比較強。燒成白雲石（shí）磚基質部（bù）分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的（de）抗高堿度（dù）渣侵（qīn）蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重（chóng）得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕性（xìng）明（míng）顯好於不燒鎂（měi）鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣（gài）質材料具有良好的（de）抵抗高堿度（dù）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（biǎo）層致（zhì）密（mì）化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度（dù）熔渣（zhā）具有較強的侵（qīn）蝕和滲透能力，主要是熔渣（zhā）對基質的強溶蝕並滲透作用。

鄭州鎂磚之鎂鈣（gài）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。除具備鎂鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震（zhèn）性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性能同時取決於CaO及C的含量（liàng）。CaO含（hán）量越高，抗剝落性（xìng）能（néng）越好，淨化鋼水的效果也越（yuè）好（hǎo）；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝（bāo）落性能越強（qiáng）。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐（lú）的初（chū）期渣、中期渣和終期渣分（fèn）別對鎂鈣（gài）碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實（shí）驗結果（guǒ）表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕（shí）損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚產生（shēng）結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的（de）界麵上產生了C2S保護（hù）層（céng）；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）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）中及被渣中∑FeO溶解，所以（yǐ）比MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明（míng）鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和（hé）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O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼（gāng）的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影（yǐng）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（zá）物不僅數量少（shǎo），而且尺寸很小和形態得到控製，合（hé）金元（yuán）素成分精準並且分布均勻（yún），使鋼材具有高性能（néng）、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火（huǒ）材料對鋼水或多或少（shǎo）總（zǒng）有些汙染，唯有白雲（yún）石質（zhì）即鎂（měi）鈣質耐火材料能（néng）淨（jìng）化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不（bú）汙染環（huán）境。