徐平坤（kūn）

以前，從煉鋼工藝的角度研究提（tí）高鋼（gāng）的純淨度，沒（méi）有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化（huà）作（zuò）用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包（bāo）等爐外精煉（liàn）裝置中應用（yòng）日益（yì）增加。

白雲石與鎂鈣質耐火（huǒ）材料的特征

白雲石（shí）（CaCO3·MgCO3）是（shì）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。鎂鈣質（zhì）耐火材料主要包（bāo）括白雲石質（zhì）耐火材料、鎂白雲石（shí）質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全（quán）部用（yòng）煆（duàn）燒或電熔的（de）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（nài）火材料（liào）是用鎂石（shí）與白雲石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響鎂（měi）鈣質製（zhì）品的高溫（wēn）使用性（xìng）能，MgO含量越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）力越強；CaO含量（liàng）越（yuè）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、脫磷的效（xiào）果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應（yīng）該（gāi）根據爐外精煉（liàn）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（bái）雲石（shí）質耐火材料對淨化鋼水（shuǐ）作用（yòng）的影響

潔淨鋼、特殊鋼（gāng）等（děng）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，需要爐外精煉除去鋼中（zhōng）雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料（liào）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（chú）去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也（yě）適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長（zhǎng）爐（lú）襯壽（shòu）命、降低耐火材料（liào）消耗，研（yán）究人員對白雲石質耐火材料（liào）進行了許多試驗研究（jiū），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（xiǎng）的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低（dī）。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（yòng）比純MgO質耐火材料更合適。

鋼（gāng）水中的脫S反應中，要使鋼（gāng）水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧（yǎng）勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下（xià）以氣態存在（zài），在鋼水中（zhōng）的溶解度很小（xiǎo），而（ér）CaO的氧勢（shì）也很小（xiǎo），因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐（nài）火材料。溫度升高不（bú）利於脫（tuō）P，但鋼包中采用CaO含（hán）量高即堿度高的熔渣（zhā）有利脫P，因此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩（wěn）定性高、抗渣滲透（tòu）性好，特別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中（zhōng）的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而（ér）抑（yì）製熔渣的滲透（tòu）。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主（zhǔ）要來（lái）自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。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（yǎng）含量的影（yǐng）響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力學穩定性（xìng）高，具有很低的氧平衡分（fèn）壓，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，被（bèi）認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田（tián）琳等人試驗研究鎂（měi）鈣磚與鋼（gāng）水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐（nài）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（dá）70.12%；超過45min，脫S率降（jiàng）低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的（de）脫S效果，使（shǐ）用白雲石質鋼包（bāo）內襯是很必要的，這樣（yàng）一方（fāng）麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另（lìng）一方麵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（cái）料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中（zhōng）P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼（gāng）中（zhōng）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含量僅有小幅度降低。

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，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐（nài）火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料（liào）中的水分以及其中的有機（jī）粘結劑會對（duì）鋼水中（zhōng）的H含量產生顯（xiǎn）著影響。連（lián）鑄過程（chéng）中（zhōng），鋼包和中間包係統中（zhōng）使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包（bāo）烘烤，能有效地降（jiàng）低鋼水（shuǐ）的吸H量。

耐火材料對鋼（gāng）中N(氮)含量的（de）影響（xiǎng）：傳統耐火材料N含（hán）量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造（zào）成增N。更大的增N量（liàng）在鋼包與中間包（bāo）之間，保（bǎo）護套管（guǎn）非（fēi）常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研（yán）究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的（de）影響，實驗表明：在反應（yīng）30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使（shǐ）鋼水夾雜物數量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣（gài）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1400℃左右，可有效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽（guī）酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣（gài）質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材（cái）料表麵上剝落下來上浮至保護渣（zhā）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。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽（xiù）鋼（gāng）冶（yě）煉（liàn）用鎂鈣磚的抗（kàng）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（tòu）能力比（bǐ）較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚（zhuān）具有更好（hǎo）的抗高堿度渣侵蝕（shí）性。堿度較低（dī）的（de）VOD爐渣對三種（zhǒng）磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成（chéng）的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質（zhì）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（zhā）的滲透。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（qiáng）溶蝕並滲透作用。

台（tái）州鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚（zhuān）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（zhuān）比鎂碳磚具有更（gèng）好的（de）真空穩定（dìng）性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含（hán）量越（yuè）高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越（yuè）好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝（bāo）落性能越強。

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（zhōng）期渣和終期渣（zhā）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（zhuān）高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵（miàn）上產生了C2S保護層；可是（shì）中期渣和（hé）終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比（bǐ）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（yán）重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫（wēn）抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中（zhōng）的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石（shí）質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）含量非（fēi）常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態（tài）得到控製，合金（jīn）元（yuán）素成分精（jīng）準並且（qiě）分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼（gāng）水從冶煉到精煉的整個（gè）過（guò）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，唯有白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火材料能（néng）淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金（jīn）屬夾雜（zá）物，而且不汙染環境。