徐平坤（kūn）

以前，從煉鋼工（gōng）藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸（chù）的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材（cái）料或多或少地會（huì）對鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研（yán）究和實（shí）際（jì）試驗，得（dé）出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼（gāng）水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精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（huǒ）材料（liào）的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然礦物原料，煆燒（shāo）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火材（cái）料、鎂（měi）白雲（yún）石質耐火材料（liào）、鎂鈣（gài）質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的（de）白雲石做原料的定型或不定（dìng）形耐火材料；鎂白雲石（shí）和鎂鈣質耐火材料是用（yòng）鎂石（shí）與白（bái）雲石合成的耐（nài）火材料。MgO、CaO含量的（de）變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的（de）能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性（xìng）能越差（chà）。因此，應該根據爐外精煉等（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（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲石質耐（nài）火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼等對鋼中（zhōng）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（jīng）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。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的（de）氧勢很低（dī），鎂鈣質（zhì）耐火材料也適（shì）合用於冶煉低氧（yǎng）鋼，是爐外（wài）精煉冶煉（liàn）潔淨鋼、純淨鋼（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降（jiàng）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（qǔ）得了很好的結（jié）果（guǒ）。

MgO在（zài）真空條（tiáo）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，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質耐火材料更合（hé）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，並且鋼（gāng）水中溶解的O含量盡可（kě）能要低。要使O含量低，就要選擇氧（yǎng）勢盡可能（néng）低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的（de）氧勢（shì）也很小，因此，精煉設備（bèi）應該選用鎂鈣質耐火材料。溫（wēn）度升（shēng）高不利於脫P，但鋼包中采（cǎi）用CaO含量高即（jí）堿（jiǎn）度高的熔渣有利（lì）脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐（nài）火材料的熱震穩定性（xìng）高、抗（kàng）渣滲（shèn）透性好，特別是熔（róng）渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火（huǒ）材料中的CaO反應生成（chéng）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（liàng）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（chèn）耐火材料（liào）的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期（qī）烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水（shuǐ）中氫（qīng）（H）含量增（zēng）高問題。

鎂鈣（gài）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（děng）人認為（wéi）MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩（wěn）定性高，具有很低的氧平（píng）衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效材（cái）料。

耐（nài）火材料對鋼中S的（de）影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的反應，檢驗鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料的（de）脫S效果。結果表明：在1600℃下（xià），反應45min時，脫S效果更好，脫S率（lǜ）達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出現“回（huí）S”現象。為了（le）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要的，這（zhè）樣一方麵（miàn）可以盡可（kě）能降低鋼包內襯的再（zài）氧化能力（lì），另一方（fāng）麵可以避免強還原條件（jiàn）下鋼（gāng）包（bāo）渣導（dǎo）致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響（xiǎng）：匡加才研究MgO—CaO質澆注料（liào）對鋼（gāng）中P含量的影（yǐng）響。實驗結果表明：當澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量（liàng）大幅度降低，由原始（shǐ）的0.1%降低到0.01%，進一步提高（gāo）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（biǎo）明，使用（yòng）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。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的（de）影響：耐火材料中的水（shuǐ）分以及（jí）其（qí）中（zhōng）的有機粘結劑會（huì）對鋼水中的H含量產生（shēng）顯著影響。連鑄過程中，鋼（gāng）包和中（zhōng）間包係統（tǒng）中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包（bāo）、中間包烘烤，能有效地降低（dī）鋼水的吸H量（liàng）。

耐火材（cái）料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統（tǒng）耐（nài）火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火（huǒ）材料中應用受到（dào）關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與（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（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中（zhōng）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鋼（gāng）水潔淨化的影（yǐng）響，實驗表明：在反應30min的（de）情況下，隻有鎂鈣質（zhì）耐火材料能去除鋼水中的夾雜（zá）物，其餘的堿性（xìng）耐火材料均（jun1）使鋼水（shuǐ）夾雜物數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物（wù）可與鎂鈣耐火材（cái）料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合（hé）物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除（chú）鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被（bèi）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（shàng）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。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性（xìng）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（zhuān）的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲（yún）石磚具有更好的抗（kàng）高堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度較低（dī）的VOD爐渣（zhā）對三種磚的侵蝕（shí）和滲透（tòu）比（bǐ）高堿度渣嚴重得多（duō）。相（xiàng）對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵（qīn）蝕性明（míng）顯好（hǎo）於不燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成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（cái）料作用析出C3S，使材料（liào）表層致（zhì）密化（huà）而有效抑製熔（róng）渣的滲透。低堿度熔渣具有（yǒu）較強的侵（qīn）蝕和滲透能力（lì），主要是（shì）熔（róng）渣（zhā）對基質的強溶蝕並滲透作用。

雲南鎂磚（zhuān）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（jiào）燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚（zhuān）的特性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂（měi）碳磚具有更好的（de）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（de）含量。CaO含量越高，抗剝落性能（néng）越好，淨化（huà）鋼水的效果也（yě）越好；C含量（liàng）越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂（měi）鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人（rén）采用煉（liàn）鋼轉爐的初期渣、中期渣和終（zhōng）期渣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（zhā）MgO—C磚蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生（shēng）結構剝落，蝕損最嚴重（chóng）；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕較輕，是因為在磚的（de）界麵上產生了C2S保護層；可是（shì）中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕損率反而分別比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣（zhā）中∑FeO溶解（jiě），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（shí）碳磚高（gāo）溫抗氧化性和熱震穩定性（xìng）好，抗酸（suān）性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利（lì）於鋼水的脫O、脫S、脫P等（děng），適合冶煉（liàn）鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料（liào）對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係（xì）指鋼（gāng）中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬夾雜物不（bú）僅（jǐn）數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精（jīng）準並且分布均勻，使鋼材具有高性（xìng）能、高品質。在鋼（gāng）水從（cóng）冶（yě）煉到精煉的整個過程中，耐火（huǒ）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（gāng）水，除（chú）去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。