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（lǜ）與鋼水直接接觸的耐（nài）火材料對鋼水的（de）淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地（dì）會對鋼水（shuǐ）產生汙染。可是通過（guò）對白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐（nài）火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂（měi）鈣質材料不（bú）但（dàn）不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不（bú）汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等（děng）爐外精煉裝置中應用日（rì）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（liào）主要包括（kuò）白雲石質耐火材料（liào）、鎂白雲（yún）石質耐（nài）火材料（liào）、鎂鈣質耐火材料（liào）。

其中，白雲石質（zhì）耐火材（cái）料（liào）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；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品（pǐn）的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化（huà）能（néng）力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣（zhā）的能力越強，高溫蠕變越（yuè）大，抗（kàng）剝落性能和脫硫、脫磷的（de）效果越好，但抗水化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工（gōng）設備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（zhì）耐火材料對淨化鋼水作用（yòng）的（de）影響

潔淨鋼、特（tè）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（hán）量（liàng）要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物（wù）以及脫氣、調整化（huà）學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材（cái）料中的遊（yóu）離CaO，易與鋼水中的S、P等雜（zá）質反應（yīng），使其轉移到爐渣中，具有除去雜（zá）質、淨化鋼水的功（gōng）能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於（yú）冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年（nián）來，為了（le）淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很（hěn）好的結果。

MgO在真空（kōng）條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發（fā）性（xìng）是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相（xiàng）對（duì）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，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火（huǒ）材料更合適。

鋼水中的（de）脫S反應中，要使鋼水S含（hán）量低，熔（róng）渣必須是CaO含量（liàng）高（gāo）的高堿度（dù）渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要（yào）使O含量低，就要選擇氧勢（shì）盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在（zài），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（nài）火材料（liào）。溫度升高（gāo）不利於脫（tuō）P，但（dàn）鋼（gāng）包中采用CaO含量高即堿度高的（de）熔（róng）渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料同樣也（yě）有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗（kàng）渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應（yīng）生成高熔（róng）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（de）問題，采用真空精煉，其H主要（yào）來自（zì）熔渣或精煉設備內襯耐火材（cái）料的水分及（jí）有機添加物。熱力（lì）學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除（chú）其中的水分，就不存在鋼水中氫（qīng）（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影（yǐng）響：王龍光等人認為（wéi）MgO—CaO耐（nài）火材料中的CaO熱力（lì）學穩定性高，具（jù）有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被（bèi）認（rèn）為是防止鋼（gāng）水（shuǐ）增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳（lín）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（bāo）獲得有效的脫（tuō）S效果，使用白（bái）雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一（yī）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。

耐火材料對鋼中P含（hán）量（liàng）的影響：匡加才研（yán）究MgO—CaO質澆注料（liào）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含量大幅度降低，由（yóu）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（shuǐ）碳含（hán）量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著（zhe）增C，當同一製品第二次（cì）使用時（shí），鋼水僅發生輕微增C。

耐（nài）火（huǒ）材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的（de）水分以及其中的有機粘結劑會對鋼（gāng）水中的H含量產生顯（xiǎn）著影響。連（lián）鑄過程中，鋼包和中間包係統中使（shǐ）用（yòng）保護套管保護主流（liú）時，有機（jī）粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐（nài）火材料N含量很（hěn）低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關（guān）注，如（rú）Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼（gāng）包與（yǔ）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N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對（duì）鋼水（shuǐ）中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材（cái）料對管線鋼鋼（gāng）水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐火材料能去除鋼（gāng）水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜（zá）物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂（měi）鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的（de）複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有（yǒu）效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸二鈣)和（hé）C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保（bǎo）護層，或者從鎂（měi）鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中（zhōng）；在鎂（měi）鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗（kàng）侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高（gāo）堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強（qiáng）。燒成白（bái）雲石磚基質部（bù）分致密（mì）程（chéng）度高（gāo），較不燒（shāo）白雲石磚具有更好的抗（kàng）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（shèn）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（dù）渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高（gāo）的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）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（liào）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（zhā）對（duì）基（jī）質的強溶蝕並滲透作用。

陝西鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。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。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含（hán）量越高（gāo），抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也（yě）越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落（luò）性（xìng）能（néng）越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別（bié）對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚（zhuān）的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產（chǎn）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產生了C2S保護（hù）層；可是中期（qī）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（zài）高溫中及被渣中∑FeO溶（róng）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磚高溫抗氧化性和熱（rè）震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼（gāng）水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質（zhì）耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨（jìng）鋼係（xì）指鋼中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非（fēi）常少，非金屬（shǔ）夾雜物（wù）不僅數量少，而且（qiě）尺寸很小和形態得到（dào）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（de）整個過（guò）程中，耐火材料始終與（yǔ）鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或（huò）少總（zǒng）有些汙染（rǎn），唯有白雲石質即鎂鈣（gài）質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而（ér）且不汙染環境。