徐（xú）平坤

以前，從煉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觸的耐（nài）火材料對（duì）鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多（duō）或少地會對鋼水產生汙（wū）染（rǎn）。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料（liào）的理論研究和（hé）實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼（gāng）水（shuǐ），反而能淨化鋼水，並且也不汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼（gāng）包（bāo）等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（shí）（CaCO3·MgCO3）是天然礦（kuàng）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。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石（shí）質（zhì）耐火材料、鎂鈣（gài）質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指（zhǐ）全部（bù）用煆燒或（huò）電熔的白雲石做原料的定型（xíng）或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用（yòng）鎂石與白雲石合成的（de）耐火（huǒ）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（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫（tuō）磷的（de）效果（guǒ）越好，但抗水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性（xìng）能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備（bèi）的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）火材料對淨化鋼水作用的影響

潔（jié）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（xū）要爐（lú）外精煉除去鋼中雜（zá）質及夾雜物以及脫氣（qì）、調（diào）整化學（xué）成（chéng）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（huà）鋼水（shuǐ）的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火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、特殊鋼等設備的耐（nài）火材料。近年來，為（wéi）了淨化鋼（gāng）水、延（yán）長（zhǎng）爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材（cái）料進行了許多試驗研究，取得了很（hěn）好的結果。

MgO在真空條（tiáo）件下容易揮發，而（ér）CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大（dà）降低。因（yīn）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）溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼（gāng）水S含量低，熔渣必須是CaO含量（liàng）高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要（yào）低（dī）。要使O含量（liàng）低，就要選擇（zé）氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在（zài）高溫下以氣態存在，在（zài）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（gài）質（zhì）耐火材料（liào）。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用（yòng）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（liào）同（tóng）樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透（tòu）性好，特別（bié）是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐（nài）火（huǒ）材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從（cóng）而抑製熔（róng）渣（zhā）的滲透。

關於H含量的（de）問題（tí），采用真空（kōng）精煉，其H主要來（lái）自熔渣或精（jīng）煉（liàn）設備內襯耐火材料的水分及有機（jī）添（tiān）加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其（qí）中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對鋼水性能的影響

耐火材料（liào）對鋼中氧含量的影響：王龍光等人（rén）認為MgO—CaO耐火材（cái）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（shuǐ）中的溶解度很小，被認為是防止鋼水（shuǐ）增（zēng）氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田（tián）琳等人試驗（yàn）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（zài）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（xiàn）象（xiàng）。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫S效果，使用白（bái）雲石質鋼包內襯是很（hěn）必要的，這樣一方麵可以（yǐ）盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另（lìng）一方麵（miàn）可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料（liào）的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實（shí）驗（yàn）結果表明：當（dāng）澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量（liàng）大幅度降低，由原（yuán）始的0.1%降低到（dào）0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有（yǒu）小幅度降低。

耐火材料（liào）對鋼（gāng）水碳含量的影響：實驗表明，使用（yòng）含C耐火（huǒ）材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼（gāng）水僅發生輕微增（zēng）C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中（zhōng），鋼包和中間（jiān）包係統中使用保護（hù）套管保護主流時，有機粘結（jié）劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地（dì）降（jiàng）低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量（liàng）的影響：傳（chuán）統耐火材料N含（hán）量很低，近年（nián）來氮化物在耐火（huǒ）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（shuǐ）口保護，此（cǐ）處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物（wù）的（de）影響（xiǎng）：田琳等人研究（jiū）了鎂（měi）鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂（měi）鉻（gè）耐火材料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實（shí）驗表明：在反應30min的（de）情況（kuàng）下，隻（zhī）有鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性（xìng）耐火材料（liào）均使鋼（gāng）水夾（jiá）雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反（fǎn）應，如CaO與Al2O3反應（yīng）生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合（hé）物（wù），熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼（gāng）中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂（měi）鈣質耐火材料表麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵（miàn）上（shàng）剝落下來上浮至保護渣層（céng）中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越（yuè）高，吸附鋼水中夾雜物的（de）能力越強。

鎂（měi）鈣質耐火材料的抗侵蝕性（xìng）能：梁（liáng）義兵等人（rén）采用（yòng）靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的（de）抗渣（zhā）性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比（bǐ）較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度（dù）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（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（de）鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量（liàng）高的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵（dǐ）抗低（dī）堿度渣（zhā）侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具有良好的抵抗高堿度熔（róng）渣的侵（qīn）蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材（cái）料作用析出C3S，使材料（liào）表層致密化而有效抑製熔渣的滲（shèn）透。低堿度熔渣具有（yǒu）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。

寧波鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研（yán）究

鎂鈣碳磚主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種（zhǒng）類複雜。除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（tàn）磚的（de）性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含（hán）量越高，抗剝落性能越好，淨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。

鎂鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人采用（yòng）煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂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（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較輕，是因為（wéi）在磚的界麵上產生了（le）C2S保（bǎo）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。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳（tàn）磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔（róng）渣能力（lì）強；而且磚中的CaO有利於（yú）鋼水（shuǐ）的脫（tuō）O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐（nài）火材料對潔淨鋼的影響

潔（jié）淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量（liàng）非常少（shǎo），非金屬（shǔ）夾雜物不僅數量少，而且尺寸很（hěn）小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材具有高性能（néng）、高（gāo）品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火（huǒ）材料始終與（yǔ）鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有（yǒu）些（xiē）汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染（rǎn）環境（jìng）。