徐平（píng）坤

以前，從煉鋼（gāng）工藝的角度研究提高鋼的純（chún）淨度，沒有考慮與鋼（gāng）水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火（huǒ）材料或多或少地會對鋼水產生汙（wū）染。可是（shì）通（tōng）過對白雲石（shí）質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和（hé）實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且（qiě）也不（bú）汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉（liàn）裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材（cái）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（měi）鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂鈣質耐（nài）火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒（shāo）或電熔的白雲石做原料（liào）的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材（cái）料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品（pǐn）的高溫使用性能（néng），MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗（kàng）水化能力越強；CaO含量越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高（gāo）溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）能（néng）和脫硫（liú）、脫磷的效果越好，但（dàn）抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不（bú）同（tóng）部位使用條件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐火材料對淨化鋼水作（zuò）用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等（děng）夾雜物的（de）含量要求嚴格，需要爐外精煉（liàn）除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和（hé）均勻化等。鎂鈣質耐火材（cái）料中的遊離CaO，易與（yǔ）鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐（lú）渣中，具有除去雜質、淨化鋼（gāng）水的功能。由於（yú）CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶煉低氧鋼，是（shì）爐外精煉冶煉潔（jié）淨（jìng）鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年（nián）來，為了淨（jìng）化鋼水、延長（zhǎng）爐襯壽命、降低（dī）耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行（háng）了許多試（shì）驗研究，取得（dé）了很好的結果。

MgO在真空（kōng）條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是（shì）有影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使（shǐ）MgO相對揮發性大大降低。因（yīn）此，MgO質材料中加入（rù）一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在高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（hán）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（de）O含量盡（jìn）可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的（de）耐火材料，Mg與Ca在高溫下（xià）以氣（qì）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，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高即堿（jiǎn）度高（gāo）的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣（gài）質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特（tè）別是熔渣中SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生（shēng）成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問（wèn）題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機（jī）添加物（wù）。熱力學（xué）分析認（rèn）為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其（qí）中的（de）水分（fèn），就不（bú）存（cún）在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影（yǐng）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熱力（lì）學穩（wěn）定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為（wéi）是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中S的反應（yīng），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（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效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必（bì）要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以（yǐ）避免強還（hái）原條件下鋼包（bāo）渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才（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（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（xiǎo）幅度降（jiàng）低。

耐（nài）火材料對（duì）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，當同一製品第二次使用時（shí），鋼水（shuǐ）僅發生輕微增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，鋼包和中間包係統（tǒng）中使用保（bǎo）護套管保護主（zhǔ）流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能（néng）有效地降低（dī）鋼水的（de）吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統（tǒng）耐火材料N含（hán）量很低，近年來氮化物（wù）在耐火材料中（zhōng）應用受到關注，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（zhī）間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就（jiù）是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼（gāng）水中夾雜物的影響（xiǎng）：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料（liào）對管（guǎn）線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實驗表（biǎo）明（míng）：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去（qù）除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性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料中（zhōng）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（zuǒ）右，可（kě）有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二鈣（gài）)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵，形成保護層，或者從鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料表（biǎo）麵上剝落下來上浮至保（bǎo）護渣層中；在鎂鈣質耐火材料（liào）中的活性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侵蝕性能：梁義兵等人（rén）采用靜（jìng）態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結（jié）果得出，CaO含（hán）量高的白（bái）雲石磚抗（kàng）高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚（zhuān）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（zhā）侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚（zhuān）的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴（yán）重得多。相（xiàng）對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於不燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成（chéng）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（shèn）透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

張掖鎂磚之鎂鈣碳磚的性（xìng）能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成鎂鈣磚種（zhǒng）類複雜。除具備（bèi）鎂鈣磚的（de）特性（xìng）外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定（dìng）性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的性能同時取決於CaO及（jí）C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的（de）抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳（tàn）磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期（qī）渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產（chǎn）生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上（shàng）產生了C2S保護層；可是中期渣和終（zhōng）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（zhōng）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（yǎng）化性和熱震穩定性好，抗酸（suān）性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫（tuō）S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯（chèn）。

白雲石質耐火材料對潔淨（jìng）鋼的影響

潔（jié）淨（jìng）鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非（fēi）常（cháng）少，非金屬夾雜物不僅數量（liàng）少，而且尺寸很小和形態（tài）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（xìng）能、高（gāo）品（pǐn）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淨化鋼水，除（chú）去（qù）鋼中的非金屬（shǔ）夾雜物（wù），而且不汙染環境。