徐平坤

以前（qián），從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是（shì）認為耐火（huǒ）材（cái）料或（huò）多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲（yún）石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料的理論研究和（hé）實際（jì）試驗，得（dé）出鎂鈣質材料不但（dàn）不汙染鋼水，反而能淨化鋼（gāng）水（shuǐ），並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增（zēng）加。

白雲（yún）石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦（kuàng）物原料，煆燒後的理論組（zǔ）成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火材料主（zhǔ）要包（bāo）括白雲石質耐火材料（liào）、鎂白雲石（shí）質（zhì）耐火（huǒ）材料、鎂鈣質耐火材料。

其（qí）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（liào）的定型或（huò）不定形耐火材料；鎂白雲（yún）石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石（shí）合成的耐火（huǒ）材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂（měi）鈣質製品的高溫（wēn）使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗（kàng）水化能力越（yuè）強；CaO含量越（yuè）高，抗高SiO2熔（róng）渣的能力越強，高溫蠕（rú）變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性（xìng）能（néng）越差。因此，應該根據爐外（wài）精煉等熱工設備的不（bú）同部位使用條件（jiàn），合理選擇鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石（shí）質（zhì）耐火材（cái）料對淨化（huà）鋼水作（zuò）用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含（hán）量要求嚴格，需要爐外精（jīng）煉除去鋼中雜質及夾雜（zá）物以（yǐ）及脫氣（qì）、調整化學（xué）成分和均勻（yún）化等。鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）中的遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具（jù）有除（chú）去雜質、淨化鋼（gāng）水的功能。由於CaO的氧（yǎng）勢很低（dī），鎂鈣質耐火材料也適合用於（yú）冶煉低氧鋼，是爐外（wài）精煉冶煉潔淨鋼、純（chún）淨鋼、特（tè）殊鋼等設備的（de）耐火材料。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（duì）白雲石質耐火材料進（jìn）行了許多（duō）試（shì）驗（yàn）研究，取得了很好的結（jié）果。

MgO在真空條件下容易揮發（fā），而（ér）CaO對（duì）MgO的揮（huī）發性是（shì）有影響的（de），含有10%～20%CaO（摩（mó）爾分數（shù））就可使（shǐ）MgO相（xiàng）對揮發性大大降低。因此，MgO質材（cái）料（liào）中加（jiā）入一定（dìng）量的（de）CaO製成MgO—CaO質耐火（huǒ）材（cái）料，在高（gāo）溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料（liào）更合適（shì）。

鋼水中的脫S反應中（zhōng），要（yào）使鋼（gāng）水S含量低，熔（róng）渣必須（xū）是（shì）CaO含（hán）量高的高（gāo）堿度渣，並且鋼（gāng）水中溶（róng）解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧（yǎng）勢盡可能低的耐（nài）火材料，Mg與Ca在高溫（wēn）下（xià）以（yǐ）氣態存在，在鋼（gāng）水（shuǐ）中的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設備應該選（xuǎn）用鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料。溫（wēn）度（dù）升高（gāo）不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高（gāo）即堿度高的熔（róng）渣（zhā）有（yǒu）利脫P，因此（cǐ），用CaO含（hán）量高的鎂鈣質耐（nài）火材料同（tóng）樣也（yě）有（yǒu）利脫P。

鎂鈣質耐（nài）火材料的熱震穩（wěn）定性高（gāo）、抗（kàng）渣滲透性好，特別是（shì）熔渣中SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材料中的CaO反應（yīng）生成高熔點化（huà）合物C2S或C3S,形成保護層（céng），從而抑製（zhì）熔渣的滲透。

關於H含量的問（wèn）題，采用（yòng）真空（kōng）精（jīng）煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內（nèi）襯（chèn）耐（nài）火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長（zhǎng）期（qī）烘（hōng）烤（kǎo），充分排（pái）除（chú）其中的水（shuǐ）分，就不（bú）存在鋼水中氫（H）含（hán）量增高問題（tí）。

鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料對鋼水（shuǐ）性能的影響（xiǎng）

耐（nài）火材（cái）料（liào）對鋼（gāng）中氧（yǎng）含量的影響（xiǎng）：王龍光等人認（rèn）為（wéi）MgO—CaO耐火（huǒ）材料中的CaO熱力（lì）學穩（wěn）定性高，具有（yǒu）很低的氧（yǎng）平（píng）衡分壓，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，被認為是（shì）防（fáng）止鋼水增氧的有效材（cái）料。

耐火材料對鋼中S的影（yǐng）響：田（tián）琳（lín）等人試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼（gāng）水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐（nài）火材料的脫S效果。結果（guǒ）表（biǎo）明：在（zài）1600℃下，反（fǎn）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（xiàn）象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫S效果（guǒ），使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這（zhè）樣一（yī）方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧（yǎng）化能力，另一方麵可以避免（miǎn）強還原條（tiáo）件下鋼包渣導致（zhì）耐火（huǒ）材料的過度消耗。

耐火（huǒ）材料對鋼中P含（hán）量的影響（xiǎng）：匡加才研（yán）究MgO—CaO質澆（jiāo）注料（liào）對（duì）鋼中P含量的影（yǐng）響。實驗結果表（biǎo）明：當澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時，鋼中P含（hán）量大幅（fú）度降低，由原（yuán）始的0.1%降低到0.01%，進一步提高（gāo）CaO含（hán）量，鋼中P含量僅有小幅（fú）度降低。

耐火材料（liào）對鋼（gāng）水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用（yòng）時，鋼水僅發生輕微增C。

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

耐火材料對鋼（gāng）中（zhōng）N(氮)含（hán）量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物（wù）在耐火材料（liào）中應用受到關（guān）注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增（zēng）N量在鋼包與中（zhōng）間包之間，保護（hù）套管非常重要，連鑄的增N點就是長水（shuǐ）口保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐（nài）火材（cái）料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人（rén）研（yán）究（jiū）了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材（cái）料對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（yǒu）鎂鈣（gài）質（zhì）耐（nài）火材料能（néng）去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使（shǐ）鋼水夾雜物數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可與鎂鈣（gài）耐（nài）火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合物，熔點（diǎn）約（yuē）為1400℃左右（yòu），可有效（xiào）地去除（chú）鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸（suān）二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合（hé）物被吸（xī）附鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐（nài）火材料表麵上剝落下來上浮至保護（hù）渣層中；在鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料中的活性CaO含量越高（gāo），吸（xī）附鋼水中夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料的抗侵蝕（shí）性能：梁（liáng）義兵等人采用靜態坩堝（guō）法（fǎ）研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗（kàng）渣性（xìng）。試驗結果得（dé）出（chū），CaO含（hán）量高的白雲石磚抗（kàng）高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能（néng）力比較（jiào）強（qiáng）。燒成白雲石（shí）磚基質部分致密程度（dù）高（gāo），較（jiào）不燒白雲（yún）石（shí）磚（zhuān）具（jù）有更好的抗高（gāo）堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣（zhā）對三種（zhǒng）磚的侵蝕和（hé）滲（shèn）透（tòu）比高堿度渣（zhā）嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕性明顯好（hǎo）於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕能力好（hǎo）於（yú）CaO含（hán）量低的鎂鈣磚。鎂（měi）鈣質材料具（jù）有良好的抵（dǐ）抗高（gāo）堿度熔渣的侵（qīn）蝕和滲透（tòu）能力，這是因為渣（zhā）與鎂鈣（gài）材料（liào）作用（yòng）析出C3S，使材料表（biǎo）層致密化而有效抑製熔（róng）渣的滲透。低堿（jiǎn）度熔渣具有較（jiào）強的（de）侵蝕（shí）和滲透能力，主要是熔（róng）渣對（duì）基質（zhì）的（de）強溶蝕並滲透作用。

長（zhǎng）春鎂（měi）磚之鎂鈣（gài）碳磚的性能（néng）及抗侵（qīn）蝕的研究

鎂鈣（gài）碳磚主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂鈣磚（zhuān）種類複雜。除具備（bèi）鎂鈣磚的（de）特（tè）性外，鎂鈣碳（tàn）磚比鎂碳磚具有更好的（de）真（zhēn）空（kōng）穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時（shí）取決於CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝落性能越（yuè）好，淨化（huà）鋼水（shuǐ）的（de）效果也越好；C含（hán）量越高（gāo），抗（kàng）渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵（qīn）蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼（gāng）轉爐的初期渣、中（zhōng）期渣和終期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結（jié）果（guǒ）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（jié）構（gòu）剝落，蝕損最（zuì）嚴重（chóng）；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中（zhōng）期渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分（fèn）別比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴重。

孫（sūn）惠（huì）章（zhāng）等人研究結果（guǒ）表明鎂白（bái）雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩（wěn）定性（xìng）好（hǎo），抗酸（suān）性熔渣能力強；而且（qiě）磚中的（de）CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉（liàn）鋼的（de）電爐爐襯。

白雲（yún）石質耐火材料對潔淨鋼的影（yǐng）響

潔淨鋼係指鋼中（zhōng）有害（hài）成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾（jiá）雜物不僅數量少（shǎo），而且尺（chǐ）寸很小（xiǎo）和（hé）形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均（jun1）勻，使鋼（gāng）材具有高性能、高品（pǐn）質。在鋼（gāng）水從冶（yě）煉到（dào）精煉（liàn）的整個過程中，耐火（huǒ）材料始終與（yǔ）鋼水接（jiē）觸，一般耐火材（cái）料對鋼（gāng）水或多或少總（zǒng）有（yǒu）些汙染（rǎn），唯有白雲（yún）石質即鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物（wù），而且不汙染環（huán）境（jìng）。