徐（xú）平坤

以前，從（cóng）煉鋼工藝的角（jiǎo）度研究提高鋼的（de）純淨度，沒（méi）有考慮與鋼水直接接（jiē）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（rǎn）。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐（nài）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）而能淨化鋼水，並且也不汙（wū）染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加（jiā）。

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（hòu）的（de）理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材（cái）料主要包括白雲（yún）石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電（diàn）熔的白（bái）雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成（chéng）的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣（gài）質製品的高溫使用（yòng）性能，MgO含（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗水（shuǐ）化能力越強；CaO含量越高（gāo），抗高（gāo）SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水（shuǐ）化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差（chà）。因此，應該（gāi）根據爐外（wài）精煉等熱工設備的不（bú）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（yún）石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對（duì）鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量（liàng）要求嚴格，需要爐外精煉除去（qù）鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉（zhuǎn）移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於（yú）CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用（yòng）於冶煉低氧鋼，是（shì）爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼、特（tè）殊鋼等設（shè）備的耐火（huǒ）材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火（huǒ）材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在（zài）真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可（kě）使MgO相對（duì）揮發性大大降低。因此，MgO質材（cái）料中加入（rù）一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔（róng）渣必須是（shì）CaO含量高的高堿度（dù）渣，並且鋼水中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要使O含量低（dī），就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫（wēn）下以氣態存在，在鋼水中的溶解度（dù）很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精（jīng）煉設備應該（gāi）選用鎂鈣質耐火材料。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穩定性高、抗渣（zhā）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（hán）量的問題，采用真空（kōng）精（jīng）煉，其H主要來自熔渣或精煉設（shè）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1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，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

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（liào）中的CaO熱力學穩定性高，具有很低（dī）的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，被認為是防止鋼水（shuǐ）增氧的有效材料。

耐火材料（liào）對鋼中S的影響（xiǎng）：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表（biǎo）明：在1600℃下，反（fǎn）應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出現“回S”現（xiàn）象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣（yàng）一方（fāng）麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能（néng）力，另一方麵可以避免強（qiáng）還原條件下鋼（gāng）包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料（liào）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（jié）果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中（zhōng）P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進（jìn）一（yī）步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅（fú）度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使（shǐ）用含C耐火材料（liào），鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微（wēi）增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料（liào）中（zhōng）的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中，鋼（gāng）包和中間包係統中（zhōng）使用保護套（tào）管保護主（zhǔ）流（liú）時，有機粘結（jié）劑導致吸H。對（duì）鋼（gāng）包、中（zhōng）間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼（gāng）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（zhōng）應用受到關注，如Sialon分（fèn）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（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材（cái）料對管線鋼鋼水（shuǐ）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（huǒ）材料能去除鋼水（shuǐ）中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物（wù）數量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如（rú）CaO與（yǔ）Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的活性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（děng）人（rén）采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉（liàn）用鎂鈣磚的（de）抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的（de）白雲（yún）石磚抗高堿度的AOD渣（zhā）侵蝕和滲透能力（lì）比較強。燒（shāo）成白雲石磚基質部分致密程度高（gāo），較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低（dī）的VOD爐渣對三（sān）種磚的（de）侵蝕（shí）和滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴（yán）重得多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具（jù）有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這（zhè）是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔（róng）渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和（hé）滲透能力，主要是熔渣對基質（zhì）的強溶（róng）蝕並滲透作用。

黃石鎂磚之鎂鈣碳磚（zhuān）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（jù）備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真（zhēn）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（bāo）落性能越（yuè）好（hǎo），淨化鋼水（shuǐ）的（de）效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研（yán）究：崔淑賢等人采用煉鋼（gāng）轉爐的初期渣、中期渣和終期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂（měi）碳（tàn）磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期（qī）渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產（chǎn）生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在（zài）磚的界麵上產生了C2S保（bǎo）護層；可是中（zhōng）期渣和終期渣（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕損（sǔn）率反（fǎn）而分別比（bǐ）MgO—C磚高0.4%和1.2%，因（yīn）為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性（xìng）和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力（lì）強（qiáng）；而且磚中的CaO有利（lì）於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的（de）電（diàn）爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係（xì）指鋼中有害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺（chǐ）寸很小和形態（tài）得（dé）到控製，合金元（yuán）素成分精準並且分布均勻（yún），使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材（cái）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，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）能淨化鋼水，除去鋼中（zhōng）的非金屬夾雜物，而且不（bú）汙染（rǎn）環境。