徐（xú）平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮（lǜ）與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是（shì）認為耐火材料或多或少地（dì）會對鋼水產（chǎn）生汙染（rǎn）。可是通過對白雲石（shí）質（鎂鈣質）耐火材料的理論（lùn）研究（jiū）和實（shí）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（yě）不汙染環境（jìng），在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼包等爐外精煉裝置中應（yīng）用日益增加。

白（bái）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（lǐ）論組成（chéng）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石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火（huǒ）材料。

其中，白雲石質（zhì）耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或（huò）不定形耐（nài）火材料；鎂白雲石和鎂鈣（gài）質耐火材料是用鎂石與白雲石合（hé）成（chéng）的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量（liàng）的變化影響鎂鈣質製品（pǐn）的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能（néng）力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能（néng）越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位（wèi）使用（yòng）條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的（de）雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等（děng）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、調整化學成分（fèn）和均勻化等。鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料中的遊（yóu）離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜（zá）質反應，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，鎂鈣質耐（nài）火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼（gāng）、特殊鋼等設備（bèi）的耐火（huǒ）材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降（jiàng）低耐火材料消耗，研（yán）究人員對白（bái）雲石（shí）質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數）就可使MgO相對揮（huī）發（fā）性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定（dìng）量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高溫真空條件下（xià）使（shǐ）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，熔渣（zhā）必須（xū）是（shì）CaO含量高的高堿度渣，並且鋼（gāng）水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要（yào）選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與（yǔ）Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的（de）溶解度（dù）很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精（jīng）煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高（gāo）不利於脫P，但鋼（gāng）包（bāo）中采用CaO含（hán）量高即堿度高的熔渣（zhā）有利脫（tuō）P，因此，用CaO含量高的（de）鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）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（hǎo），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（hé）物C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製（zhì）熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來（lái）自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分（fèn）及有機添加（jiā）物。熱力學分析認為：要在（zài）1200℃下長期烘烤（kǎo），充分排除其中的水（shuǐ）分（fèn），就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐（nài）火材料對鋼水性能的影響（xiǎng）

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

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研（yán）究鎂（měi）鈣磚與鋼水中（zhōng）S的反（fǎn）應，檢驗鎂鈣（gài）質耐火材料的脫S效果。結（jié）果表明（míng）：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過（guò）45min，脫S率降低，出現（xiàn）“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（gāng）包內襯是很必要的，這樣一方（fāng）麵可（kě）以（yǐ）盡（jìn）可能（néng）降低鋼包內襯的再氧化（huà）能力，另一方（fāng）麵可以避免強還原（yuán）條（tiáo）件（jiàn）下鋼包渣導致耐火材料（liào）的過度（dù）消耗。

耐（nài）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CaO含量，鋼（gāng）中P含（hán）量僅有小幅度降低。

耐（nài）火材料對鋼水碳（tàn）含量的影響：實驗表明，使用含C耐（nài）火（huǒ）材料，鋼水顯著（zhe）增C，當同一製（zhì）品第二次（cì）使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料（liào）對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程（chéng）中，鋼包和（hé）中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低（dī）鋼水的（de）吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含（hán）量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到（dào）關注，如（rú）Sialon分解對鋼水造（zào）成增N。更大的（de）增（zēng）N量在（zài）鋼包與中間包之間，保護套管非常重要（yào），連鑄的增N點就是長水口保（bǎo）護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料（liào）對鋼水中夾雜物的影響：田（tián）琳等人研究了鎂鈣、鎂（měi）鋁、鎂鉻耐火材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，隻有鎂（měi）鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材（cái）料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的（de）CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔（róng）點（diǎn）約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐（nài）火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）表麵（miàn）上剝（bāo）落下來上浮至保護渣層中；在（zài）鎂鈣質耐火材料中的活性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（kàng）侵蝕性能：梁義兵等（děng）人采用靜態坩（gān）堝法研究（jiū）3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性。試驗（yàn）結果得出，CaO含量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度高，較（jiào）不燒白雲石磚具有更好（hǎo）的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵（qīn）蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而（ér）言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒（shāo）成鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材料具有（yǒu）良好的抵抗（kàng）高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣（zhā）與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並（bìng）滲（shèn）透作用。

營口鎂（měi）磚之鎂鈣碳磚的性能（néng）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（tàn）磚比鎂（měi）碳磚具有更好的（de）真空穩定性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳磚的（de）性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗（kàng）剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落（luò）性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人（rén）采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別（bié）對鎂鈣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（shì）因（yīn）為MgO—C磚產生結構（gòu）剝（bāo）落，蝕損最（zuì）嚴重；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；可是中期（qī）渣（zhā）和終期渣（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高（gāo）0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中（zhōng）∑FeO溶解，所以比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗（kàng）氧化性和（hé）熱震穩定性好，抗酸性熔（róng）渣能力強；而且（qiě）磚中的CaO有利於鋼水的（de）脫O、脫（tuō）S、脫P等，適合冶（yě）煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的（de）影響

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（ér）且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具（jù）有高（gāo）性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整（zhěng）個過程中，耐火材料始終與鋼（gāng）水接觸，一（yī）般耐火材料對（duì）鋼水或多或少總有些汙染，唯有（yǒu）白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。