徐（xú）平坤

以前，從（cóng）煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒（méi）有考慮與（yǔ）鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料（liào）或多或少（shǎo）地會對（duì）鋼（gāng）水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料的理論研究和實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染（rǎn）鋼水，反而能淨化鋼水，並（bìng）且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用（yòng）日益增加。

白雲（yún）石與鎂鈣質耐火材料的特征

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

其中，白雲石（shí）質耐火材料是指（zhǐ）全（quán）部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不（bú）定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火（huǒ）材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的變化影響鎂鈣（gài）質製（zhì）品的高溫使用（yòng）性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力（lì）越強；CaO含量越（yuè）高，抗高SiO2熔（róng）渣（zhā）的能力（lì）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（qīn）蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設（shè）備的不（bú）同（tóng）部位使用條件（jiàn），合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質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（qiú）嚴格，需要爐外精（jīng）煉除去鋼中雜質（zhì）及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和（hé）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（jìng）化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為（wéi）了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料（liào）消耗（hào），研究人員對白雲石質耐火（huǒ）材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空（kōng）條件下容（róng）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（shǐ）MgO相（xiàng）對揮發性大大降低。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（gāo）溫（wēn）真（zhēn）空條件下（xià）使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫（tuō）S反應中，要使鋼水（shuǐ）S含量低，熔（róng）渣必（bì）須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的（de）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（cái）料，Mg與Ca在高溫（wēn）下以氣態存在，在（zài）鋼水（shuǐ）中的溶（róng）解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設（shè）備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫（tuō）P，但鋼包中采用（yòng）CaO含量高即堿度（dù）高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含（hán）量高的鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料同樣也有利（lì）脫P。

鎂鈣質耐火材（cái）料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與（yǔ）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，從而抑製（zhì）熔渣的（de）滲（shèn）透。

關於（yú）H含量（liàng）的問題，采用真空精煉，其H主要來（lái）自熔渣或（huò）精煉設備內襯耐（nài）火材料的（de）水分及有（yǒu）機（jī）添加物。熱力學分（fèn）析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中（zhōng）的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量（liàng）增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

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

耐火材料對（duì）鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反應，檢驗鎂鈣質耐火材（cái）料的（de）脫S效果。結果表明：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，出現“回S”現象。為了使（shǐ）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，這樣一方麵可以盡可（kě）能降低鋼包內襯的（de）再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料（liào）對（duì）鋼中P含量的影響：匡加（jiā）才（cái）研（yán）究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大（dà）幅度降低，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。

耐火材料對鋼水碳含量的影（yǐng）響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼（gāng）水顯著增C，當同一（yī）製品第二次使用時，鋼（gāng）水僅發生輕微增（zēng）C。

耐火材（cái）料對（duì）鋼（gāng）中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其（qí）中的有（yǒu）機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響（xiǎng）。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中（zhōng）使用保護（hù）套（tào）管（guǎn）保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能（néng）有效（xiào）地（dì）降低鋼水的吸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，近年來氮化物在耐火材料（liào）中應用受到（dào）關注，如Sialon分解對（duì）鋼水造成增N。更（gèng）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，此處增（zēng）N可達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料（liào）對鋼水中夾雜物（wù）的影響（xiǎng）：田琳等人研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材料對管線鋼鋼水潔淨（jìng）化的影響，實驗表明：在反應30min的情況（kuàng）下，隻有鎂鈣質耐火材料能去（qù）除鋼水中的夾雜物，其餘（yú）的堿性耐火材料均（jun1）使鋼水夾雜（zá）物（wù）數量增加。Al2O3、SiO2等（děng）夾（jiá）雜（zá）物可與鎂鈣耐火材料（liào）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，可有效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與（yǔ）SiO2反（fǎn）應（yīng）生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者（zhě）從鎂鈣質耐火材（cái）料表麵（miàn）上剝落下來上浮至（zhì）保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性（xìng）CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗（kàng）侵蝕性能（néng）：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣（zhā）侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程（chéng）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爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成（chéng）的鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣（zhā）侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂（měi）鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材料（liào）具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和（hé）滲透能力（lì），這是因為渣與（yǔ）鎂鈣材料作用析出C3S，使材（cái）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，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

莆田鎂磚之鎂鈣碳磚的（de）性（xìng）能及（jí）抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備（bèi）鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更（gèng）好的（de）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，抗剝落性能越好，淨化鋼（gāng）水的效果也（yě）越好；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究（jiū）：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終（zhōng）期渣分別對（duì）鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕（shí）進（jìn）行實驗。實驗（yàn）結果（guǒ）表明：初期（qī）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（sǔn）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（qī）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（zhuān）侵（qīn）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（zhèn）穩定性好，抗（kàng）酸性熔渣能力強；而（ér）且磚中的CaO有利於鋼水（shuǐ）的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐（lú）爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影（yǐng）響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺（chǐ）寸很小和形態（tài）得到控製，合金（jīn）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（wéi）有白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料（liào）能淨（jìng）化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且（qiě）不汙染（rǎn）環（huán）境。