徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高（gāo）鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接（jiē）接觸的耐火材（cái）料對鋼水的淨化作用（yòng），總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染（rǎn）。可是通過對（duì）白雲石質（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂（měi）鈣質材（cái）料不（bú）但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水（shuǐ），並且也不汙（wū）染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝（zhuāng）置中（zhōng）應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐（nài）火材料的（de）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（huǒ）材料主要包括白（bái）雲石質耐火材料、鎂（měi）白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火（huǒ）材料。

其（qí）中，白雲石質（zhì）耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做（zuò）原料（liào）的定型或不定形耐火材料（liào）；鎂白雲（yún）石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是（shì）用鎂石與白雲石合成的（de）耐火（huǒ）材料。MgO、CaO含量的（de）變化影響鎂（měi）鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強（qiáng）；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫（wēn）蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的（de）效（xiào）果越好，但（dàn）抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因（yīn）此，應該根據爐外（wài）精煉等熱（rè）工設備的不同部位（wèi）使用條件（jiàn），合（hé）理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲石質耐（nài）火材料對淨化鋼水作用（yòng）的影響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼等對鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等（děng）夾（jiá）雜物的（de）含量（liàng）要求嚴格，需要爐外精煉除去（qù）鋼中（zhōng）雜（zá）質及夾（jiá）雜物以及脫氣、調整（zhěng）化學成分和均勻化等（děng）。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉移到爐渣中，具有除去（qù）雜質、淨（jìng）化（huà）鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適（shì）合用於冶煉低氧鋼，是（shì）爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼（gāng）等（děng）設備（bèi）的耐火材料。近年來（lái），為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員（yuán）對白雲石（shí）質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很（hěn）好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影（yǐng）響（xiǎng）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製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐（nài）火材料更（gèng）合適。

鋼水中的脫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，並且鋼水中溶解的（de）O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧（yǎng）勢盡可能低的（de）耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的（de）溶（róng）解度很小（xiǎo），而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設（shè）備應該選用（yòng）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（lì）脫P，因此，用（yòng）CaO含量高的鎂鈣質耐（nài）火材料同樣也有利（lì）脫P。

鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）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（zhā）的滲透。

關於（yú）H含量（liàng）的問題，采用真（zhēn）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有機添加物（wù）。熱力（lì）學分析認為：要在1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充（chōng）分（fèn）排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對鋼水性能的影響（xiǎng）

耐火材料對鋼中氧含量的影（yǐng）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），具有很低的氧平衡分壓，在（zài）鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效（xiào）材料。

耐火材料對鋼中S的影（yǐng）響：田琳等人試（shì）驗研究鎂鈣磚（zhuān）與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火（huǒ）材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反（fǎn）應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（xiàn）象。為了使鋼包獲得有效的（de）脫S效果，使用白雲石質鋼（gāng）包內（nèi）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（qiáng）還原條件下鋼（gāng）包（bāo）渣導致耐火材料的過度消（xiāo）耗。

耐火材料對鋼中（zhōng）P含量的影響（xiǎng）：匡加（jiā）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（dāng）澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降（jiàng）低，由原始（shǐ）的0.1%降低到（dào）0.01%，進一步提高（gāo）CaO含量，鋼中P含量僅有小幅（fú）度降低。

耐火材（cái）料對鋼水碳含量的影響（xiǎng）：實驗表（biǎo）明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一（yī）製品第二次使用時，鋼水（shuǐ）僅（jǐn）發生（shēng）輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火（huǒ）材料中的水分以及其中的有（yǒu）機粘結劑（jì）會對鋼水中的H含量（liàng）產生（shēng）顯著影響。連鑄過程中（zhōng），鋼包（bāo）和中間包係統中使用保護套（tào）管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對（duì）鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量（liàng）。

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的（de）影（yǐng）響：傳統耐火材料（liào）N含量很低（dī），近年來氮化物在耐火材料中（zhōng）應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大（dà）的增N量在鋼包（bāo）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。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳（lín）等人研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化（huà）的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材（cái）料能去除鋼水（shuǐ）中的夾雜物，其（qí）餘的堿性耐火（huǒ）材料均（jun1）使鋼水夾雜（zá）物數量增加。Al2O3、SiO2等（děng）夾雜物可（kě）與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的（de）複合化（huà）合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去（qù）除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二鈣)和（hé）C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物（wù）被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣（gài）質耐火材料表麵上（shàng）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，吸附鋼水中夾雜物的能力（lì）越強。

鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）的（de）抗侵蝕性能：梁義兵（bīng）等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉（liàn）用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得（dé）出，CaO含量（liàng）高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程（chéng）度高，較不燒（shāo）白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的（de）鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒（shāo）成（chéng）鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣（gài）材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效（xiào）抑製熔渣（zhā）的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

白城鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂（měi）鈣碳磚（zhuān）比（bǐ）鎂碳磚（zhuān）具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的（de）性能同時取決（jué）於CaO及C的含（hán）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（hán）量越高（gāo），抗（kàng）渣侵蝕和抗剝落性能越（yuè）強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研（yán）究：崔淑（shū）賢（xián）等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中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，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是（shì）因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可（kě）是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重。

孫惠（huì）章等人研究（jiū）結果表明鎂白雲石碳磚高溫（wēn）抗氧（yǎng）化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣（zhā）能力（lì）強；而（ér）且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉（liàn）鋼的電爐爐襯。

白雲（yún）石質耐火材料對潔淨（jìng）鋼的影（yǐng）響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（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（liàn）到精煉的整個（gè）過程中，耐火材料始終與（yǔ）鋼水接（jiē）觸，一般耐火材（cái）料對鋼水或（huò）多或少總有些汙染，唯（wéi）有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨（jìng）化鋼水，除去鋼中的非金（jīn）屬夾雜物，而且不汙染環境。