徐（xú）平坤

以前，從煉（liàn）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（jiē）觸的耐火材料對鋼水的淨化（huà）作用，總是認為耐火材（cái）料或多或少地會對（duì）鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不（bú）但不汙染（rǎn）鋼水，反而能（néng）淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝（zhuāng）置中（zhōng）應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料（liào），煆燒後的理論（lùn）組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐（nài）火材料主要包括白雲石質耐火材料（liào）、鎂白雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材（cái）料是指全（quán）部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型（xíng）或不定形耐火材料；鎂白（bái）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質製（zhì）品（pǐn）的高溫使用性（xìng）能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗水化（huà）能力越強；CaO含量越（yuè）高，抗高（gāo）SiO2熔渣（zhā）的能力越強，高（gāo）溫蠕變越大，抗剝落性能和（hé）脫硫、脫（tuō）磷的效果越（yuè）好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據（jù）爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐（nài）火（huǒ）材料對淨化鋼水作用的影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物的含量（liàng）要求嚴格，需要爐外（wài）精煉除去鋼中雜質及夾雜物（wù）以及脫氣、調整化學（xué）成分和均勻化等。鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜（zá）質反應，使其（qí）轉移到爐（lú）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（hé）用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼（gāng）、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了（le）淨化鋼水、延長爐（lú）襯壽命、降低耐火（huǒ）材料消耗，研究（jiū）人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很（hěn）好（hǎo）的結果。

MgO在真空條件下（xià）容易揮發，而CaO對MgO的揮發性（xìng）是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大（dà）降低。因此，MgO質材料中加入一定量的（de）CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高溫真空條（tiáo）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，熔渣必須是（shì）CaO含量高的高堿度（dù）渣，並且鋼水中溶解的O含量盡（jìn）可能要低。要使O含量低，就要選（xuǎn）擇氧勢（shì）盡（jìn）可（kě）能（néng）低的（de）耐火材料（liào），Mg與（yǔ）Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材（cái）料。溫度（dù）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（yǒu）利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩（wěn）定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐（nài）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（zhì）熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自（zì）熔渣或精煉設備（bèi）內襯耐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）期烘（hōng）烤（kǎo），充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

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

耐火材料對鋼中（zhōng）S的影響：田琳等人試驗研究（jiū）鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反應，檢驗鎂（měi）鈣質耐火材料的脫S效果（guǒ）。結果表明（míng）：在1600℃下，反應（yīng）45min時，脫S效果更好，脫S率（lǜ）達70.12%；超過45min，脫S率降低（dī），出現“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（gāng）包內襯是很必要的，這樣（yàng）一方麵可以盡可能降低（dī）鋼包內襯的再氧化能力（lì），另（lìng）一（yī）方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度（dù）消耗。

耐火材料對（duì）鋼中P含量（liàng）的影響：匡加才研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中P含量的影響（xiǎng）。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（jiàng）低，由原始的0.1%降低（dī）到（dào）0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量（liàng）僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼（gāng）水碳（tàn）含（hán）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時，鋼（gāng）水僅（jǐn）發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含（hán）量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機（jī）粘結劑會對鋼水中的H含（hán）量產生顯著影響。連鑄過（guò）程中，鋼包和中間（jiān）包係統中使（shǐ）用保護套（tào）管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材（cái）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應用受到關注，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（chù）增N可達（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、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實驗表（biǎo）明：在（zài）反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼（gāng）水中的夾雜（zá）物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量（liàng）增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可（kě）與鎂（měi）鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有（yǒu）效地（dì）去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成（chéng）保（bǎo）護層，或者從鎂鈣質耐火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的（de）活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法（fǎ）研究（jiū）3種不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂（měi）鈣磚的（de）抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣（zhā）侵蝕（shí）和滲透能力比（bǐ）較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒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（zhǒng）磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於（yú）不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿（jiǎn）度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與（yǔ）鎂鈣材料作用析（xī）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（lì），主（zhǔ）要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用（yòng）。

安順鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除（chú）具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性能同時（shí）取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落（luò）性能（néng）越好，淨化（huà）鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性（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（měi）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，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，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（jí）被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕（shí）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（rè）震穩定性好，抗酸（suān）性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利（lì）於鋼水的脫（tuō）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淨鋼的影響

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（wù）不僅數量（liàng）少，而（ér）且尺（chǐ）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。在鋼水從冶煉到精煉（liàn）的整個過程中，耐火材料（liào）始終與鋼水接觸，一般（bān）耐火材（cái）料對鋼水或多或少總有些汙染（rǎn），唯有白雲石質即鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）能（néng）淨化鋼水，除去鋼中的（de）非金屬（shǔ）夾雜物，而且不汙染環境。