徐平（píng）坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度（dù），沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸（chù）的耐火（huǒ）材料（liào）對鋼水的淨化作（zuò）用，總是認為耐火材料或多（duō）或（huò）少地會對（duì）鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論（lùn）研究（jiū）和實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材料（liào）不（bú）但不汙染鋼水（shuǐ），反而能淨化（huà）鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等（děng）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（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（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲（yún）石質耐火材料、鎂（měi）白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）。

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定型或不（bú）定形耐火材（cái）料（liào）；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗（kàng）水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫（liú）、脫（tuō）磷的效（xiào）果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外（wài）精（jīng）煉等（děng）熱工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）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水（shuǐ）作（zuò）用（yòng）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（jiá）雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻（yún）化等。鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）中的遊離CaO，易（yì）與（yǔ）鋼水（shuǐ）中的S、P等雜質反（fǎn）應（yīng），使（shǐ）其（qí）轉移到爐渣（zhā）中，具有除去雜質、淨化鋼水的（de）功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐（nài）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（tè）殊鋼等設備的（de）耐火材料。近年來，為了淨化（huà）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（yàn）研（yán）究，取得了很好的（de）結果。

MgO在真空條件下容易揮（huī）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MgO相對揮發性大（dà）大降低。因此，MgO質材料中加（jiā）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質耐火材料更合適。

鋼水中的（de）脫S反應中，要使鋼水S含量低（dī），熔渣必須是CaO含量高的（de）高堿度渣，並且鋼水中溶（róng）解（jiě）的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在（zài）鋼水中的（de）溶解度很小，而CaO的氧勢也（yě）很小，因（yīn）此，精煉設備應該選用鎂（měi）鈣質耐火材料。溫度升高（gāo）不利於脫P，但鋼包中（zhōng）采（cǎi）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（gài）質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的（de）熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入（rù）會與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，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣（zhā）或精煉設備內襯耐火材料的水分（fèn）及有機添加物。熱力學分（fèn）析認為（wéi）：要在（zài）1200℃下長期烘烤，充分排除其中（zhōng）的水分，就不存在鋼水中（zhōng）氫（H）含量增高問題。

鎂（měi）鈣質耐火材料對鋼水性能（néng）的影響

耐火材料對鋼（gāng）中氧含量的（de）影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料（liào）中的（de）CaO熱力學穩定性（xìng）高，具（jù）有很（hěn）低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是（shì）防止鋼水增氧（yǎng）的有效材料。

耐（nài）火材料對鋼中S的影響：田琳（lín）等人試驗（yàn）研究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反應，檢驗鎂鈣質（zhì）耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應（yīng）45min時，脫S效果更好（hǎo），脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的（de）脫S效果，使用白雲石（shí）質（zhì）鋼包內襯是（shì）很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力（lì），另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致（zhì）耐火（huǒ）材（cái）料（liào）的過度（dù）消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注料（liào）對鋼中P含量的影響。實驗（yàn）結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到（dào）0.01%，進（jìn）一步提高CaO含量，鋼中P含量僅（jǐn）有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：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（cì）使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材（cái）料中（zhōng）的水分以及其中的（de）有（yǒu）機粘結劑會（huì）對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄（zhù）過程中（zhōng），鋼包（bāo）和中間包係統中使用（yòng）保護套管（guǎn）保護主流時，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（liào）對鋼中N(氮)含量（liàng）的影（yǐng）響：傳統耐火材料N含量很低（dī），近年來氮化物在耐火（huǒ）材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成（chéng）增N。更大的增（zēng）N量在鋼包與（yǔ）中間包之間，保護套管非常重要，連（lián）鑄的增N點就（jiù）是長水口（kǒu）保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料（liào）對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼（gāng）鋼（gāng）水潔淨化的影（yǐng）響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐（nài）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物數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高（gāo）熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼（gāng）水中夾雜（zá）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（jiū）3種不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不（bú）燒白雲石（shí）磚具有更好（hǎo）的（de）抗高堿（jiǎn）度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚（zhuān）的（de）侵蝕和滲透比高（gāo）堿度渣嚴重得多。相對而言（yán），燒成的（de）鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明顯好於不（bú）燒鎂鈣（gài）磚，CaO含（hán）量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力（lì）好於（yú）CaO含（hán）量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的（de）抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂（měi）鈣（gài）材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑（yì）製（zhì）熔渣的滲透（tòu）。低堿度熔（róng）渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的（de）強溶蝕並滲透作用（yòng）。

順義鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）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（měi）碳磚具有更好（hǎo）的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時（shí）取決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量（liàng）越（yuè）高，抗剝（bāo）落（luò）性能越好（hǎo），淨化（huà）鋼水的效果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵（qīn）蝕和抗剝（bāo）落（luò）性能越（yuè）強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研（yán）究：崔淑賢等人（rén）采用（yòng）煉鋼轉（zhuǎn）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（shí）驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是（shì）因為在磚（zhuān）的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕損率（lǜ）反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）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（bái）雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫（tuō）S、脫P等，適（shì）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

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少，非金屬夾雜物不僅數（shù）量少，而且尺寸很小和形態得（dé）到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐（nài）火材料始終與鋼水（shuǐ）接觸，一般耐火材料對鋼水或多或（huò）少總有些汙染，唯（wéi）有白雲（yún）石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除（chú）去（qù）鋼中的非金屬夾（jiá）雜物，而且不汙染環境（jìng）。