徐平坤

以（yǐ）前（qián），從煉鋼工藝（yì）的（de）角度研究提高（gāo）鋼的純淨度，沒有考慮與（yǔ）鋼水直接接觸的（de）耐火材（cái）料對鋼水的淨化作用，總是（shì）認為耐火材料（liào）或（huò）多或少地會對鋼水產生汙染。可是通（tōng）過對白雲石質（鎂鈣質）耐（nài）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（wū）染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外（wài）精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與（yǔ）鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（shí）（CaCO3·MgCO3）是（shì）天然礦物原料，煆燒後的理論組（zǔ）成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料（liào）主要（yào）包括白雲石質（zhì）耐火材（cái）料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部（bù）用煆燒（shāo）或（huò）電熔的白雲石做原料（liào）的定（dìng）型或不定（dìng）形耐火材料；鎂白雲（yún）石（shí）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（liàng）的變化影響鎂鈣質製品的（de）高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變（biàn）越大，抗剝落性（xìng）能和脫硫、脫磷的效果（guǒ）越好，但抗水化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越差。因此，應（yīng）該根據（jù）爐外精煉等熱工（gōng）設備的不同部位（wèi）使用（yòng）條件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐（nài）火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼（gāng）、特殊鋼等對鋼中（zhōng）的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含（hán）量要（yào）求嚴格，需要爐外精煉除去（qù）鋼中雜質及夾雜物以及脫（tuō）氣、調整化學成分（fèn）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（dào）爐渣中，具有（yǒu）除（chú）去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料也適合用於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特殊鋼（gāng）等設（shè）備的耐火材料。近年來（lái），為了淨化鋼（gāng）水、延長爐襯壽（shòu）命、降低耐火材（cái）料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行（háng）了許多試驗研（yán）究，取得了很好（hǎo）的（de）結（jié）果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮發性是有影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩（mó）爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低（dī）。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下（xià）使（shǐ）用比純（chún）MgO質耐火材料更合適。

鋼水（shuǐ）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，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使（shǐ）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（gāo）溫（wēn）下以氣態存在，在鋼水中的（de）溶解（jiě）度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精（jīng）煉設備應該選用鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣（zhā）有利脫（tuō）P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材（cái）料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料的熱震穩定性（xìng）高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲（shèn）入會與MgO-CaO耐火材料（liào）中（zhōng）的CaO反應生（shēng）成高熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透（tòu）。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或（huò）精煉設備內襯耐火材料的水（shuǐ）分及（jí）有機添加物。熱力學分析（xī）認（rèn）為：要在1200℃下長期烘（hōng）烤，充分排除其中的水分，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（xìng）能的影響

耐（nài）火（huǒ）材料對鋼中氧含量的影響：王龍光（guāng）等人認為MgO—CaO耐火材（cái）料中的（de）CaO熱力學穩定性高，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的有效材料。

耐火材料對鋼（gāng）中S的影響：田（tián）琳等人（rén）試驗研（yán）究鎂鈣磚與鋼水中S的反（fǎn）應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結（jié）果（guǒ）表明：在（zài）1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過（guò）45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是（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，另一方麵可以避免（miǎn）強還原條件下鋼包渣導致耐火（huǒ）材（cái）料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才（cái）研究MgO—CaO質澆（jiāo）注料對鋼（gāng）中P含量的影響。實驗結（jié）果表明（míng）：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大（dà）幅度降低，由原始的0.1%降低（dī）到（dào）0.01%，進一（yī）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（shí）驗（yàn）表明（míng），使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品（pǐn）第二次（cì）使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料（liào）中的水分以及其中（zhōng）的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著（zhe）影響。連鑄（zhù）過（guò）程中，鋼包和中間包（bāo）係統中使（shǐ）用（yòng）保護套管保護（hù）主（zhǔ）流時（shí），有機粘結劑（jì）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：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關（guān）注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中（zhōng）間包之間，保護套管非（fēi）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（liào）對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中（zhōng）的夾雜物，其餘的（de）堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）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1400℃左右，可有效地去除鋼中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（biǎo）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（gāng）水中（zhōng）夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材（cái）料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜（jìng）態坩堝法研究3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性（xìng）。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚（zhuān）抗高堿度（dù）的AOD渣侵蝕和（hé）滲透能力比較強。燒成白雲石磚（zhuān）基質部分致密程度（dù）高，較不燒白雲石磚具有更（gèng）好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐（lú）渣對三種（zhǒng）磚的侵蝕和滲（shèn）透比（bǐ）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好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵（qīn）蝕能力好於（yú）CaO含（hán）量低的（de）鎂鈣磚。鎂鈣（gài）質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣（zhā）的侵蝕（shí）和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用（yòng）析出C3S，使材料表層致（zhì）密（mì）化而有效抑製（zhì）熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較（jiào）強的侵（qīn）蝕（shí）和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

豐滿（mǎn）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（jiào）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（zhēn）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含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼（gāng）水的效果也越好；C含量越高，抗渣（zhā）侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚的抗侵蝕研究：崔淑（shū）賢等人采用煉鋼轉爐的初期（qī）渣、中期渣和終期渣分別（bié）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（qī）渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚產生結（jié）構剝落，蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較輕，是因為在（zài）磚的界麵上產（chǎn）生了C2S保護層；可是（shì）中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高（gāo）0.4%和1.2%，因為其在高溫中及（jí）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（zhuān）高溫（wēn）抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔（róng）渣能力強；而（ér）且磚中的（de）CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶（yě）煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔（jié）淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數（shù）量少，而且尺寸很小和形態得到控製（zhì），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（zhì）。在鋼（gāng）水從冶煉到精煉的整個過程中，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（wéi）有白（bái）雲石質即鎂鈣（gài）質耐火材料能淨化鋼（gāng）水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。