徐（xú）平坤

以前，從煉鋼（gāng）工藝的角度（dù）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（jìng）化作用，總是認為（wéi）耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材（cái）料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣（gài）質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材（cái）料（liào）的特征

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

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的（de）定型或不定形耐火材料（liào）；鎂白雲石和鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）是用鎂石（shí）與白雲（yún）石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製（zhì）品的高溫使用性（xìng）能，MgO含量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水（shuǐ）化能（néng）力越強；CaO含量越高，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，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐（lú）外精煉等（děng）熱工設備的不同部位（wèi）使用條件，合理選擇鎂鈣質耐（nài）火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外（wài）精煉除去鋼中雜質及夾（jiá）雜物以及脫氣、調整化學（xué）成分（fèn）和均勻化等。鎂（měi）鈣質耐（nài）火材（cái）料中的遊離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜質反（fǎn）應（yīng），使其轉移到爐渣中，具有除去（qù）雜質（zhì）、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（yòng）於冶（yě）煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了（le）淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究（jiū）人員對白雲石（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（fā），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（shǐ）MgO相對揮發性大（dà）大降低（dī）。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料（liào），在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合（hé）適。

鋼（gāng）水中的脫S反應中，要（yào）使鋼水S含量低，熔渣必須（xū）是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可（kě）能要低。要使O含量低（dī），就（jiù）要選擇氧勢盡可能低（dī）的耐火材料，Mg與Ca在高溫（wēn）下（xià）以（yǐ）氣態存（cún）在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉（liàn）設備應（yīng）該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫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（gāo）的（de）鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材（cái）料的（de）熱震穩定（dìng）性高、抗（kàng）渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火（huǒ）材料中的CaO反應（yīng）生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔（róng）渣（zhā）的滲透。

關於H含量的問題，采用真（zhēn）空精煉，其H主（zhǔ）要（yào）來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的（de）水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量（liàng）增高問題。

鎂（měi）鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

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

耐火（huǒ）材料對鋼中S的影響：田（tián）琳等人試驗研究鎂鈣磚（zhuān）與鋼水中S的（de）反應，檢驗鎂鈣質耐（nài）火材料的脫（tuō）S效（xiào）果。結果（guǒ）表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效（xiào）果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效（xiào）果，使用白雲（yún）石質（zhì）鋼包內襯是很必要的（de），這樣（yàng）一方麵可以盡可能降低鋼（gāng）包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條（tiáo）件下鋼（gāng）包渣（zhā）導致耐（nài）火材料的過度消（xiāo）耗。

耐火材料對鋼（gāng）中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質（zhì）澆注（zhù）料對鋼中P含量的（de）影（yǐng）響。實驗結果表（biǎo）明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度（dù）降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料（liào）對鋼水碳含量的影響：實驗表（biǎo）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，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的（de）影響：耐火材料中的水分以（yǐ）及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保（bǎo）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（jiàng）低鋼水的（de）吸H量。

耐（nài）火（huǒ）材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材（cái）料（liào）N含量（liàng）很低，近年來氮化物在耐火材料中應用（yòng）受到關注，如Sialon分解（jiě）對鋼水造（zào）成增N。更大的增（zēng）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（shì）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：田琳等人研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響（xiǎng），實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質（zhì）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（shuǐ）夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與（yǔ）Al2O3反應生成Ca12Al4O3的（de）複合化合物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應（yīng）生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合（hé）物被吸附（fù）鎂鈣質耐火材料表麵，形成保（bǎo）護層，或者（zhě）從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層（céng）中；在鎂鈣質耐火材（cái）料中的活性CaO含量越高，吸附鋼（gāng）水中夾雜物（wù）的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵（qīn）蝕性能：梁義兵等人采用（yòng）靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉（liàn）用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果（guǒ）得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度（dù）的（de）AOD渣侵蝕和滲（shèn）透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不（bú）燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較（jiào）低的（de）VOD爐渣對三種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（xìng）明顯好於不燒鎂（měi）鈣磚，CaO含量高的燒成鎂（měi）鈣（gài）磚抵（dǐ）抗低（dī）堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的（de）鎂鈣磚。鎂鈣質（zhì）材料具有良好的抵抗高堿度熔渣（zhā）的侵蝕和滲透能力（lì），這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲（shèn）透。低堿度熔渣具有較強的侵（qīn）蝕和滲透能力（lì），主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

和田鎂磚之鎂鈣（gài）碳磚（zhuān）的性（xìng）能及（jí）抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成（chéng）鎂鈣磚（zhuān）種類複雜。除具備鎂（měi）鈣磚的特性外，鎂（měi）鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真（zhēn）空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣（gài）碳（tàn）磚的性能同時取決於CaO及（jí）C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨（jìng）化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗剝（bāo）落性能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚（zhuān）的（de）抗侵（qīn）蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐（lú）的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣（gài）碳磚（zhuān）及鎂碳磚（zhuān）的侵（qīn）蝕進行實驗。實驗結（jié）果（guǒ）表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上（shàng）產生了（le）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（bǐ）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（sūn）惠章等人研究結果表明（míng）鎂白雲石碳磚（zhuān）高溫抗氧化性和熱震（zhèn）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S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯（chèn）。

白雲石（shí）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）含量非常少（shǎo），非（fēi）金屬夾雜物不僅數量少，而且（qiě）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，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲（yún）石質即鎂鈣質耐火材料能（néng）淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染（rǎn）環境。