徐平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有（yǒu）考慮與（yǔ）鋼水直接接觸（chù）的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認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（liào）的理論研究和實際試驗，得（dé）出鎂鈣質（zhì）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AOD、VOD、精煉鋼（gāng）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（shì）天然礦物原料，煆（duàn）燒後的理（lǐ）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括白雲（yún）石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是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（měi）白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白（bái）雲石合成的耐火（huǒ）材料。MgO、CaO含（hán）量的變（biàn）化影響鎂鈣（gài）質製品的（de）高溫使（shǐ）用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強（qiáng）；CaO含（hán）量越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕（rú）變越大（dà），抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果（guǒ）越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越（yuè）差。因此，應該根據爐外精煉等（děng）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的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐火材料對淨化（huà）鋼（gāng）水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼（gāng）中的雜質O、S、P、C、H、N等元（yuán）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（zhì）及夾雜物以及脫氣、調整化（huà）學成（chéng）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（zhì）反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂（měi）鈣質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（tè）殊鋼等設備的耐火材料。近年來，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行了（le）許多試驗研究，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（huī）發性是有（yǒu）影響（xiǎng）的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性（xìng）大大降低。因此，MgO質材料中加（jiā）入一定量的（de）CaO製成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更（gèng）合適。

鋼水中（zhōng）的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且（qiě）鋼水中溶（róng）解的O含（hán）量盡可能要低。要使O含（hán）量低，就要選擇氧勢盡可能低（dī）的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中（zhōng）的溶（róng）解度很小（xiǎo），而CaO的氧勢也很小，因此（cǐ），精煉設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫（wēn）度升高（gāo）不利於脫P，但鋼包中采（cǎi）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。

鎂鈣質耐火材料的熱震（zhèn）穩（wěn）定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐火（huǒ）材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或（huò）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（zì）熔渣或精煉設備（bèi）內襯耐火材料（liào）的水分及有機添加物。熱力學分析認為（wéi）：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（qīng）（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能（néng）的影響

耐火材（cái）料對（duì）鋼中氧（yǎng）含量的影響：王龍光（guāng）等（děng）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（fèn）壓，在鋼水中的（de）溶解（jiě）度很小（xiǎo），被認為是防止鋼水增氧的有（yǒu）效材料。

耐（nài）火材料對鋼中S的影（yǐng）響：田琳等人試（shì）驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果（guǒ）更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出（chū）現“回S”現象。為了使鋼包獲得（dé）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（néng）力，另一（yī）方麵可以避免（miǎn）強還原條件下鋼包渣導（dǎo）致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注（zhù）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%，進一步提高（gāo）CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

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

耐（nài）火材料對鋼中H(氫)含（hán）量的影響：耐火材料中的水分以及其中（zhōng）的（de）有機粘結劑會對（duì）鋼水中的H含量產生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中，鋼包和中（zhōng）間包係統（tǒng）中使用保護套（tào）管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘（hōng）烤（kǎo），能有效地（dì）降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳（chuán）統耐火材料N含量很低（dī），近年來氮化物在耐火材料中應（yīng）用受到關注，如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（jiān），保（bǎo）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（kě）達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼（gāng）水中夾雜物的影響：田琳等人研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材（cái）料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應（yīng）30min的情（qíng）況下，隻有鎂鈣質耐火材料（liào）能去（qù）除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火（huǒ）材料均使鋼水夾雜（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夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點（diǎn）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（bāo）落下來上浮至（zhì）保護渣（zhā）層中；在鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵（bīng）等人采用（yòng）靜態坩（gān）堝法研究3種不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的（de）白雲石磚抗高（gāo）堿度的AOD渣（zhā）侵蝕和滲透（tòu）能力比（bǐ）較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲（yún）石磚具有更好的（de）抗高堿度（dù）渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的（de）侵蝕和滲透比（bǐ）高堿度渣嚴重得多。相對而言（yán），燒成的鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的燒成鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕能力好於CaO含量（liàng）低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿（jiǎn）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（liào）表層（céng）致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵（qīn）蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透作用。

鎮江鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗（kàng）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（bèi）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（rè）震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的（de）含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗（kàng）剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進（jìn）行（háng）實（shí）驗（yàn）。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（yīn）為（wéi）MgO—C磚產生結構剝落，蝕（shí）損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚（zhuān）的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而（ér）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，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研（yán）究結果表明（míng）鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震（zhèn）穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣能（néng）力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適（shì）合冶煉（liàn）鋼（gāng）的電爐爐襯。

白雲石質（zhì）耐火材（cái）料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅（jǐn）數（shù）量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元（yuán）素成分精準並且（qiě）分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶（yě）煉到精煉的整（zhěng）個（gè）過程中，耐（nài）火材（cái）料始終與（yǔ）鋼水接觸（chù），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（nài）火材料（liào）能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。