徐（xú）平（píng）坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究（jiū）提高鋼的純淨度，沒有考（kǎo）慮與鋼水直接接觸的（de）耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少（shǎo）地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂（měi）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（bú）汙（wū）染鋼水（shuǐ），反而能淨化鋼水，並且也（yě）不汙（wū）染環境，在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火（huǒ）材料的特征

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

其中（zhōng），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的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，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（gāo）SiO2熔（róng）渣的能力越強，高溫（wēn）蠕變越大，抗（kàng）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（xìng）能（néng）越差。因此，應該（gāi）根據爐外精煉等（děng）熱工（gōng）設備（bèi）的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）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（gāng）等對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含（hán）量要求嚴格（gé），需要爐外精煉（liàn）除去鋼中雜（zá）質及（jí）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（yǔ）鋼水中的S、P等雜質反應，使（shǐ）其轉移到爐渣（zhā）中（zhōng），具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶（yě）煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設（shè）備（bèi）的耐火材料。近（jìn）年來（lái），為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研（yán）究人員對白雲石質（zhì）耐火材（cái）料進行了許多試驗研究，取得了很好的（de）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，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材（cái）料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在高溫真（zhēn）空（kōng）條件下使用比（bǐ）純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要（yào）使鋼（gāng）水S含量低，熔渣必（bì）須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水（shuǐ）中溶（róng）解的O含量盡可能要低。要使（shǐ）O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以（yǐ）氣態存在，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，而（ér）CaO的氧（yǎng）勢也很（hěn）小，因此，精煉設備應（yīng）該選（xuǎn）用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不（bú）利於脫P，但（dàn）鋼包中采用CaO含量高即堿（jiǎn）度高的熔渣（zhā）有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐（nài）火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性（xìng）好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中（zhōng）的CaO反應生成高（gāo）熔點化合物C2S或C3S,形成（chéng）保（bǎo）護層，從而抑製熔渣的滲（shèn）透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精（jīng）煉（liàn）設備內襯耐火材料的水（shuǐ）分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中（zhōng）氫（qīng）（H）含量增高問題。

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影（yǐng）響：王龍光（guāng）等人認為MgO—CaO耐火材料中（zhōng）的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在（zài）鋼水中的溶解度很小，被（bèi）認（rèn）為是防止鋼水增氧的有（yǒu）效材（cái）料。

耐火（huǒ）材料對（duì）鋼（gāng）中S的影響：田琳等人（rén）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。結果表明：在1600℃下（xià），反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲（huò）得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯（chèn）是（shì）很必要的，這樣一（yī）方麵可以盡可能降低鋼包內襯（chèn）的再（zài）氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣（zhā）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（cái）研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量（liàng）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（jiàng）低到0.01%，進一步提（tí）高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降（jiàng）低。

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

耐（nài）火材料對鋼中H(氫)含量的（de）影（yǐng）響：耐（nài）火材料中的水（shuǐ）分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含（hán）量產生顯著影響（xiǎng）。連鑄過程中，鋼包和中（zhōng）間包係統中使用保護套（tào）管保護主流時，有機粘結劑導致（zhì）吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼（gāng）中N(氮)含量（liàng）的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在（zài）耐火（huǒ）材料（liào）中應（yīng）用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更（gèng）大的增N量在（zài）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（yǐng）響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料對管（guǎn）線（xiàn）鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實（shí）驗表明：在反應30min的情（qíng）況下，隻有鎂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（liàng）增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可（kě）與鎂鈣（gài）耐火（huǒ）材料中的（de）CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔（róng）點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成（chéng）C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高（gāo）熔點化合物被吸附鎂（měi）鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從（cóng）鎂（měi）鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護（hù）渣層（céng）中；在鎂鈣質耐火材料中的活（huó）性CaO含量越（yuè）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：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究（jiū）3種不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出（chū），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（mì）程度高，較不燒白雲石磚具（jù）有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低（dī）的VOD爐渣對（duì）三（sān）種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而（ér）言，燒（shāo）成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這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渣的滲透。低堿度熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕和滲（shèn）透能力，主要是熔渣對（duì）基質的強溶蝕（shí）並滲透作用。

朝陽鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚的性能及抗侵（qīn）蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能（néng）：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），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有（yǒu）更好（hǎo）的真空（kōng）穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚的性能（néng）同時取決於CaO及C的含量。CaO含（hán）量越高，抗剝落（luò）性能越好（hǎo），淨化（huà）鋼水（shuǐ）的（de）效果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落性能（néng）越強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研究（jiū）：崔淑賢等人采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分（fèn）別對鎂（měi）鈣碳磚及鎂碳（tàn）磚（zhuān）的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期（qī）渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕，是因為在磚（zhuān）的界麵上產生了C2S保護層（céng）；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率（lǜ）反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高（gāo）溫中及被渣中∑FeO溶解（jiě），所（suǒ）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；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫（tuō）S、脫P等，適合冶煉（liàn）鋼的電（diàn）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（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非常（cháng）少，非金屬夾雜物不僅（jǐn）數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金（jīn）元素成分精準並且分布均（jun1）勻，使（shǐ）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，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多（duō）或少總有些汙（wū）染，唯有（yǒu）白雲石質即（jí）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。