徐（xú）平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼（gāng）的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火（huǒ）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（duì）鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣（gài）質）耐火材料的理論研究和實際試驗（yàn），得出鎂鈣質材料不但不（bú）汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙（wū）染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加（jiā）。

白雲（yún）石與鎂（měi）鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質（zhì）耐火材料主要包（bāo）括白（bái）雲石（shí）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（měi）鈣質耐火材料是用鎂石（shí）與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的（de）變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越（yuè）強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落（luò）性能和脫硫、脫磷（lín）的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越（yuè）差。因此，應（yīng）該根據爐外精煉等（děng）熱工（gōng）設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石（shí）質（zhì）耐火材料對淨化鋼水（shuǐ）作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及（jí）脫氣、調整化學（xué）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，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼（gāng）水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也（yě）適合用於（yú）冶煉（liàn）低氧鋼，是（shì）爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為（wéi）了（le）淨（jìng）化鋼水、延（yán）長爐襯壽命、降低耐火（huǒ）材料消（xiāo）耗，研究人員（yuán）對白雲石質耐火材料進（jìn）行了許多試（shì）驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真（zhēn）空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大（dà）降（jiàng）低。因此，MgO質材料中加入一（yī）定量的（de）CaO製成（chéng）MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使（shǐ）用比純MgO質耐火材料（liào）更合（hé）適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含（hán）量低，熔渣必須（xū）是CaO含量高的高堿度渣，並且（qiě）鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要（yào）使O含量低，就要（yào）選擇氧勢（shì）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料。溫度升（shēng）高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即（jí）堿度高的熔渣有利（lì）脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質（zhì）耐火材料同（tóng）樣也有利（lì）脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高（gāo）、抗渣滲透性好，特別（bié）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（huò）C3S,形成（chéng）保護（hù）層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的（de）問題，采（cǎi）用真空精煉，其H主要（yào）來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料（liào）的水分及有機添加物。熱力學（xué）分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分（fèn）排除其中的水分（fèn），就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣（gài）質耐火材料對鋼（gāng）水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱（rè）力學穩（wěn）定性高，具有很低的氧平衡分壓，在（zài）鋼（gāng）水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增（zēng）氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：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。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫（tuō）S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的（de）脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很（hěn）必要的（de），這樣一方麵可以盡（jìn）可能降（jiàng）低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原（yuán）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（liàng）的影響。實驗結果表明：當澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大（dà）幅度降低，由原始的（de）0.1%降低到0.01%，進一步提（tí）高CaO含量，鋼中P含量（liàng）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，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同（tóng）一（yī）製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微（wēi）增（zēng）C。

耐火材料對鋼（gāng）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（jié）劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼（gāng）包和中間包係統中使用（yòng）保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘（hōng）烤，能有效地降低鋼水的（de）吸（xī）H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低（dī），近（jìn）年來氮化物在耐火材料中應用受到關（guān）注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管（guǎn）非常（cháng）重要（yào），連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等（děng）人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影（yǐng）響，實驗表明：在反（fǎn）應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材（cái）料能去除鋼水中的夾雜（zá）物，其餘的堿性（xìng）耐火材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（cái）料中的CaO反應，如CaO與（yǔ）Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左（zuǒ）右，可有效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應（yīng）生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點（diǎn）化合物被吸附鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料表（biǎo）麵，形成保護層，或者（zhě）從鎂鈣質耐（nài）火材料表（biǎo）麵上剝落下來上浮至保護渣（zhā）層中；在鎂鈣質耐火（huǒ）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（měi）鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕性能：梁義（yì）兵等人采用靜態坩堝（guō）法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試（shì）驗結果得出，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（qiáng）。燒成白雲石磚基質（zhì）部分致密程（chéng）度高，較不（bú）燒白雲石磚具（jù）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（bǐ）高堿度渣嚴重得多（duō）。相對而言（yán），燒成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性（xìng）明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低（dī）的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度（dù）熔渣的侵蝕和滲透能力（lì），這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材（cái）料（liào）表層致密化而（ér）有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵（qīn）蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的（de）強溶蝕並滲透作用。

邯鄲鎂磚（zhuān）之鎂鈣（gài）碳磚的性能及抗侵（qīn）蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成（chéng）鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳（tàn）磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越（yuè）好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）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（zhōng）期渣分（fèn）別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕（shí）進行實（shí）驗。實驗（yàn）結果表明：初期渣（zhā）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（qīn）蝕較輕，是因為在（zài）磚的界（jiè）麵上產生（shēng）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%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章（zhāng）等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧（yǎng）化性和熱震穩定（dìng）性好，抗酸（suān）性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲（yún）石質耐火材料對（duì）潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少，非金（jīn）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（zhōng）與鋼水接觸，一般耐火材（cái）料對鋼水或多或少總有些汙（wū）染，唯有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（shǔ）夾雜物，而且不汙染環境（jìng）。