徐平（píng）坤

以前，從煉鋼工（gōng）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（de）耐火材（cái）料對鋼水的（de）淨化作（zuò）用，總是認為耐火材料或（huò）多或少地會對鋼水（shuǐ）產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料的理（lǐ）論研究和實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水（shuǐ），並且也不汙（wū）染環（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼包（bāo）等爐（lú）外精煉裝（zhuāng）置中應用（yòng）日益增加。

白雲石與鎂鈣質（zhì）耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦（kuàng）物原料，煆燒後的理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質（zhì）耐火材料主要包括白雲石質耐火材（cái）料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其（qí）中，白雲石質耐火材料是指全（quán）部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定（dìng）型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材（cái）料是用鎂石與白雲石合成的耐（nài）火材料。MgO、CaO含量的（de）變化（huà）影響鎂（měi）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（néng）力越強；CaO含量越（yuè）高，抗（kàng）高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，但抗水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能（néng）越（yuè）差。因此，應該根據（jù）爐外精煉等熱工設備（bèi）的不同部位（wèi）使用條（tiáo）件，合理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材（cái）料對淨化鋼（gāng）水作用的（de）影響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要（yào）爐外精煉除去鋼中（zhōng）雜質及（jí）夾雜物以及脫氣、調整化學成（chéng）分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與（yǔ）鋼（gāng）水（shuǐ）中的S、P等雜（zá）質（zhì）反應（yīng），使（shǐ）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，鎂鈣質耐火材料也適合用於（yú）冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔（jié）淨鋼、純淨（jìng）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（lú）襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火（huǒ）材（cái）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（de）揮發性是有（yǒu）影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性（xìng）大大（dà）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，在高溫真空條件下使用比純（chún）MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫（tuō）S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣（zhā）必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的（de）O含（hán）量盡可能要低。要使O含量低，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，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很（hěn）小，因此（cǐ），精煉設（shè）備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火（huǒ）材料。溫度升高（gāo）不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔（róng）渣有利脫P，因此，用（yòng）CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）的熱（rè）震穩定（dìng）性高（gāo）、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（céng），從而抑製熔渣（zhā）的滲透。

關於H含（hán）量（liàng）的問題，采用真（zhēn）空精煉，其H主（zhǔ）要來（lái）自熔渣或精煉設備內襯耐火材（cái）料的水（shuǐ）分及有機添加物。熱力（lì）學分析認為：要（yào）在1200℃下長期烘烤，充分排除（chú）其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題（tí）。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

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

耐火（huǒ）材料（liào）對（duì）鋼中S的（de）影響：田琳等人（rén）試驗（yàn）研究鎂（měi）鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂鈣（gài）質耐火材料的脫S效果。結果表（biǎo）明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低（dī），出（chū）現“回S”現象。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（de），這（zhè）樣一方（fāng）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還原條件下鋼（gāng）包渣導致耐火（huǒ）材料的過度消耗。

耐火材料對（duì）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（guǒ）表明：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅（fú）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（hán）量僅有小（xiǎo）幅度降低。

耐火（huǒ）材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增（zēng）C，當同一製品第二次使用時，鋼（gāng）水僅發（fā）生輕（qīng）微（wēi）增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火（huǒ）材料中的水（shuǐ）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（zhù）過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑（jì）導（dǎo）致吸H。對鋼包、中間（jiān）包烘烤，能有效地降低（dī）鋼水的吸H量。

耐（nài）火材料（liào）對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含（hán）量很低，近（jìn）年來氮化物（wù）在耐火材料中應用受到關（guān）注，如Sialon分解（jiě）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（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。

耐（nài）火材料對鋼水中夾（jiá）雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨（jìng）化（huà）的影響，實驗（yàn）表明：在反應30min的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾（jiá）雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物可與（yǔ）鎂鈣耐火（huǒ）材料中的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複（fù）合化合物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與（yǔ）SiO2反應生成（chéng）C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點（diǎn）化合（hé）物被吸附（fù）鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或（huò）者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至（zhì）保護（hù）渣層（céng）中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸（xī）附（fù）鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐（nài）火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究（jiū）3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出（chū），CaO含量（liàng）高的白雲石（shí）磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力（lì）比較強。燒成（chéng）白（bái）雲石（shí）磚基質部分致（zhì）密程度（dù）高，較不燒白雲石磚具（jù）有更好的（de）抗高堿度渣侵蝕性（xìng）。堿度較低的VOD爐渣對三種磚（zhuān）的侵蝕和滲透比（bǐ）高堿（jiǎn）度渣嚴重得（dé）多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕（shí）性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質（zhì）材料具有良好的抵抗（kàng）高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材（cái）料作（zuò）用析出C3S，使材料表層致密化而（ér）有效抑製熔渣的滲透（tòu）。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滲透（tòu）作用。

漳州鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成（chéng）鎂（měi）鈣磚種類複雜（zá）。除具備鎂鈣磚的（de）特性外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的（de）性能同時取決於CaO及C的（de）含量。CaO含（hán）量越高，抗剝（bāo）落性能越好，淨化鋼水（shuǐ）的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗剝落性（xìng）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（qīn）蝕進行實驗。實驗結（jié）果表明：初期渣MgO—C磚蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚產生結構（gòu）剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界（jiè）麵上產生了C2S保護層；可是中（zhōng）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（yīn）為其在（zài）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和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚（zhuān）中的CaO有利於鋼（gāng）水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔（jié）淨鋼的影響

潔淨鋼（gāng）係指鋼中有害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少，非金（jīn）屬夾雜物不僅數量（liàng）少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金（jīn）元素（sù）成分精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水（shuǐ）從冶煉到精煉的整個過（guò）程中（zhōng），耐火材料始（shǐ）終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多（duō）或少總有些汙染，唯有白雲石質（zhì）即鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）能（néng）淨化鋼水，除（chú）去鋼（gāng）中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。