徐平坤（kūn）

以前，從（cóng）煉鋼工藝的角（jiǎo）度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水（shuǐ）的（de）淨化作用，總是（shì）認為耐火材料或多或少地（dì）會對鋼水產生（shēng）汙染。可是通過對白雲石質（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗（yàn），得出鎂鈣質材料不但（dàn）不汙染鋼水，反而（ér）能淨化鋼水，並且也不汙染環境（jìng），在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼包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（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）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。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐（nài）火材料、鎂白雲石質耐火材（cái）料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或（huò）電熔的白雲石做原料的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（hé）成的耐火（huǒ）材料。MgO、CaO含量的變化影（yǐng）響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力（lì）越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力（lì）越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能（néng）和脫硫、脫磷的（de）效果越好，但抗水（shuǐ）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（rè）工設備的（de）不（bú）同部位使用條件，合（hé）理（lǐ）選擇（zé）鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼等（děng）對鋼（gāng）中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等（děng）夾（jiá）雜物的含量（liàng）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化等。鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）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（qù）雜（zá）質、淨化（huà）鋼水的功能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料也適合用於冶煉（liàn）低（dī）氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延（yán）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（liào）進行了許多試（shì）驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而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相對揮發性大大降低。因此（cǐ），MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質（zhì）耐（nài）火（huǒ）材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐（nài）火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且（qiě）鋼水中溶解的O含量盡（jìn）可（kě）能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢（shì）盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在（zài）高溫下以（yǐ）氣態存在，在（zài）鋼水中（zhōng）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（měi）鈣質耐火材料。溫度升（shēng）高不（bú）利（lì）於脫P，但（dàn）鋼包中采用CaO含（hán）量高（gāo）即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用（yòng）CaO含量高（gāo）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（wěn）定性高、抗渣滲透（tòu）性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的（de）CaO反應生成高熔點化（huà）合（hé）物C2S或C3S,形成保護層，從而（ér）抑製熔渣的滲透。

關於H含量的（de）問題，采（cǎi）用（yòng）真空精（jīng）煉，其H主（zhǔ）要來自熔渣或（huò）精煉設（shè）備內襯耐（nài）火材料的（de）水分及有機添加（jiā）物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，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（de）影（yǐng）響

耐（nài）火材料對鋼中氧含量（liàng）的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力（lì）學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧（yǎng）的有效材料（liào）。

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，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（shí），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。為了使鋼包獲（huò）得有效的脫S效果，使用白雲石（shí）質（zhì）鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以（yǐ）盡可能降低鋼（gāng）包內襯的再（zài）氧化能力，另一方麵可以避免（miǎn）強還原條件（jiàn）下鋼包渣導致耐火材料的過（guò）度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才（cái）研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：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0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含（hán）量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗（yàn）表明，使（shǐ）用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製（zhì）品第二次使用時（shí），鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐（nài）火材（cái）料中的水分以（yǐ）及（jí）其中的有機粘結劑會對鋼水（shuǐ）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使用保（bǎo）護套管保護主流時，有機粘結（jié）劑導致吸H。對鋼包、中（zhōng）間（jiān）包烘烤（kǎo），能有效地降低鋼（gāng）水的吸H量。

耐火材（cái）料對鋼中N(氮（dàn）)含量的（de）影響：傳統耐火材料N含量很（hěn）低，近年來氮化物在耐火材（cái）料中應用（yòng）受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量（liàng）在（zài）鋼包與中間（jiān）包之間，保護套管非常重要，連鑄的增（zēng）N點（diǎn）就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等（děng）人研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂（měi）鉻耐（nài）火材料對管線（xiàn）鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）能去除鋼水中的夾（jiá）雜物，其餘的堿（jiǎn）性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加（jiā）。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（fù）合（hé）化合物，熔點約（yuē）為1400℃左右，可有效（xiào）地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣（gài）質耐火材料表麵（miàn），形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落（luò）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，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂（měi）鈣質耐火材料的抗侵（qīn）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（kàng）渣性（xìng）。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。燒成白雲石（shí）磚基質部分致密（mì）程度高，較不燒（shāo）白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度（dù）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，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於不燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能（néng）力好於（yú）CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具有良（liáng）好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透（tòu）能力，這是因為渣與鎂鈣材（cái）料作用析出C3S，使材料表層（céng）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（zhǔ）要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

黑河鎂磚之鎂鈣碳磚的（de）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（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（wěn）定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同（tóng）時取決於CaO及C的含量。CaO含量越（yuè）高，抗剝落性能越好，淨（jìng）化鋼水的效果也越（yuè）好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落（luò）性能越強。

鎂鈣碳磚的（de）抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終（zhōng）期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕（shí）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，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕損率（lǜ）反而（ér）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（jié）果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化（huà）性和（hé）熱震穩定性（xìng）好，抗（kàng）酸性熔渣能力（lì）強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐（lú）襯。

白雲（yún）石質（zhì）耐火（huǒ）材料對潔（jié）淨鋼的影響

潔淨鋼（gāng）係（xì）指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量（liàng）非（fēi）常少，非金屬夾雜物不（bú）僅數量少，而且尺寸很小和形態（tài）得到控製，合金（jīn）元素成分精（jīng）準並且分布均勻，使鋼材具有高性（xìng）能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的（de）整（zhěng）個過程（chéng）中，耐火材料始終與鋼水（shuǐ）接觸，一般耐（nài）火材料對鋼水或多（duō）或（huò）少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不（bú）汙染環境。