徐平坤
以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐（nài）火材料對鋼水的淨化作用，總是認為（wéi）耐火材料或多或少地會（huì）對鋼水產生（shēng）汙染。可是通過（guò）對白（bái）雲石質（鎂鈣（gài）質）耐火材料的理論研究（jiū）和實際（jì）試驗，得出鎂鈣質材（cái）料不但不汙染鋼水，反而能淨化（huà）鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置（zhì）中應用日益增加。
白雲石與鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料的特征
白雲（yún）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%，比值為1.93。鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）主要包（bāo）括白雲（yún）石質耐火材料、鎂白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂鈣質耐火材料。
其中，白雲（yún）石質耐火材料是指全部用煆燒（shāo）或電熔的白雲石做原料（liào）的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲（yún）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熔渣的能力越強，高（gāo）溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）能和脫硫、脫磷的（de）效果越好，但抗（kàng）水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此（cǐ），應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理（lǐ）選擇鎂鈣（gài）質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。
白雲石質耐火（huǒ）材料（liào）對淨化鋼水（shuǐ）作用的影響
潔（jié）淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質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雜質及夾雜物（wù）以及脫（tuō）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（de）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（yú）CaO的氧勢很低，鎂（měi）鈣質耐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（gāng）、特殊鋼等設備（bèi）的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲（yún）石質耐火材料進行（háng）了許多試驗研（yán）究，取得了很好的結果。
MgO在（zài）真空（kōng）條件下容易揮發，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（xiàng）對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的（de）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。
鋼水中的脫S反（fǎn）應中（zhōng），要使鋼水S含量（liàng）低，熔渣必（bì）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（hán）量低，就要選擇氧勢盡可能（néng）低的耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下以氣態存（cún）在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因（yīn）此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐（nài）火材料。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有利脫P，因此（cǐ），用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。
鎂鈣質耐火材料（liào）的（de）熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與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（zhēn）空（kōng）精煉，其H主要來自（zì）熔渣或精煉設備內襯耐火材料（liào）的水（shuǐ）分及（jí）有機添加物。熱力學分析認為：要在（zài）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（shuǐ）性能的（de）影響
耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人（rén）認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱（rè）力學穩定性高，具有很低的氧平衡（héng）分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼（gāng）水增氧的（de）有效材料。
耐火材料對鋼中S的影響：田（tián）琳等人試（shì）驗研究鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的反應（yīng），檢驗（yàn）鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫S效果，使用白雲石質鋼包（bāo）內（nèi）襯是很必要的，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（bì）免強還原條件下鋼包渣導致耐火材（cái）料的過度消耗。
耐火材料對鋼中（zhōng）P含量的影響：匡加才研究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（dà）幅（fú）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（fú）度降低。
耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，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（nài）火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火（huǒ）材料中（zhōng）的水分以及其中（zhōng）的有機（jī）粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影（yǐng）響。連（lián）鑄過程中，鋼（gāng）包和中間包係（xì）統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，能有效地降低鋼水的吸H量。
耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳（chuán）統耐火（huǒ）材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中（zhōng）應用受到關注，如Sialon分（fèn）解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼（gāng）包（bāo）與中間包之間，保護套管非常（cháng）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（děng）人研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材（cái）料對管線鋼鋼水潔淨（jìng）化（huà）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的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可（kě）與（yǔ）鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生（shēng）成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去（qù）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（huǒ）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（fù）鋼水中夾雜物的能力越強。
鎂鈣質耐火（huǒ）材料的抗（kàng）侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉（liàn）用鎂鈣磚的抗渣性。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（zhuān）基（jī）質部分（fèn）致密程度高，較不燒白雲石磚具有（yǒu）更好的抗高堿度（dù）渣侵蝕性。堿度較低（dī）的VOD爐渣對三種磚（zhuān）的侵蝕和（hé）滲透比高堿度渣嚴重得多。相（xiàng）對而言，燒成的（de）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堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的（de）鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣（zhā）的侵蝕和滲透能力（lì），這是因為渣與鎂鈣材料作用（yòng）析出C3S，使材料表層致密化而有效抑（yì）製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有（yǒu）較強的侵蝕和滲透能力，主要是（shì）熔（róng）渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透作用。
阿拉爾（ěr）鎂（měi）磚之鎂鈣碳磚的性能（néng）及（jí）抗侵蝕（shí）的研究
鎂鈣碳磚主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣（gài）碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水（shuǐ）的效果也越好（hǎo）；C含量越高，抗（kàng）渣侵蝕和抗剝落性能越強。
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、中期渣和終期（qī）渣分別對鎂（měi）鈣碳磚及鎂（měi）碳磚的侵（qīn）蝕進行實驗。實驗結果表明：初（chū）期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高（gāo）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，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因（yīn）為其在高（gāo）溫中（zhōng）及被（bèi）渣中（zhōng）∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。
孫（sūn）惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗（kàng）氧（yǎng）化性和熱震穩定（dìng）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S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。
白雲（yún）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（bú）僅數量少，而且（qiě）尺（chǐ）寸很小和形態得（dé）到控製，合金（jīn）元素成分精準並（bìng）且分布均勻，使鋼（gāng）材具有高性能、高品質。在鋼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（shuǐ）或多或（huò）少總有些汙染，唯有白（bái）雲石（shí）質即鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙（wū）染環（huán）境。
