徐平坤
以前，從煉鋼工藝的角度（dù）研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接（jiē）觸的耐（nài）火材料（liào）對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料（liào）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（shí）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（qiě）也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等爐外精煉裝置中應用日（rì）益增加。
白雲石與鎂（měi）鈣質耐火材料的特征
白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，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料、鎂白雲石質耐（nài）火材料（liào）、鎂鈣質耐火材（cái）料。
其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐（nài）火材料；鎂白雲石和鎂（měi）鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成（chéng）的（de）耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品（pǐn）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（róng）渣的能力越（yuè）強，高（gāo）溫蠕變越大，抗剝落性能和脫（tuō）硫、脫磷的（de）效果越好，但抗水化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差（chà）。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。
白雲石質耐火材料對淨化鋼（gāng）水作用的影響
潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外（wài）精煉除去鋼（gāng）中雜質及夾雜物（wù）以（yǐ）及脫氣、調整化學（xué）成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊（yóu）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（zá）質、淨化鋼水的功能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於（yú）冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐（nài）火材（cái）料。近（jìn）年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火（huǒ）材料（liào）消（xiāo）耗，研究人員對白雲石（shí）質（zhì）耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的（de）結果。
MgO在真（zhēn）空條件下容易揮發，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相對揮發（fā）性（xìng）大大降低。因此，MgO質材料中加（jiā）入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質（zhì）耐火材料更合適。
鋼水中的脫S反應中，要使（shǐ）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（shuǐ）中溶解（jiě）的O含量（liàng）盡可能要低。要（yào）使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火（huǒ）材料，Mg與Ca在高溫下以氣（qì）態（tài）存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也（yě）很小，因此，精煉設備應（yīng）該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量（liàng）高即（jí）堿度高的熔渣有利脫P，因此（cǐ），用CaO含量高的鎂鈣質（zhì）耐火材料同樣也有利（lì）脫P。
鎂鈣質耐火材料的熱（rè）震穩定性高、抗（kàng）渣（zhā）滲透性（xìng）好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐（nài）火材料中的CaO反應生成高熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護（hù）層，從而抑製熔渣的滲透。
關於H含量的問題，采用真空精煉（liàn），其H主要來自（zì）熔（róng）渣或精煉設備（bèi）內（nèi）襯耐（nài）火材料的水分及有機添加物。熱力（lì）學（xué）分析認為：要在1200℃下長期烘烤（kǎo），充分排除其中的水分，就不存（cún）在鋼水中氫（H）含量（liàng）增高問題。
鎂鈣質耐火材料對（duì）鋼水性能的影響
耐火（huǒ）材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人（rén）認（rèn）為MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱（rè）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（nài）火材料對鋼（gāng）中S的影（yǐng）響：田琳（lín）等（děng）人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果（guǒ）表（biǎo）明（míng）：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（bāo）獲（huò）得有效的脫（tuō）S效果，使用白雲石質（zhì）鋼包內襯是很必（bì）要的，這樣一方麵可以盡可能（néng）降低鋼包內襯的（de）再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件（jiàn）下鋼包渣（zhā）導致（zhì）耐火材料的過度消耗。
耐火材料對鋼中（zhōng）P含量的（de）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（jié）果表明：當澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時，鋼中P含（hán）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（xiǎn）著增C，當同一製品第二次（cì）使用時，鋼水僅發生輕微增C。
耐火材料（liào）對鋼中H(氫)含量（liàng）的影響：耐火材料中的水分以及其中的（de）有機粘結劑會對鋼水中的H含量（liàng）產生（shēng）顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主（zhǔ）流時，有機粘結劑導致吸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（hán）量的影響：傳統耐火材（cái）料N含量很低，近年（nián）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（gāng）包與中間（jiān）包之（zhī）間，保護套管非常重要，連鑄（zhù）的增N點就是長水口保護（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。
耐火材料對鋼水中夾雜（zá）物的影（yǐng）響：田琳（lín）等人研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對（duì）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的夾雜物，其餘的堿性耐火材（cái）料均使鋼水夾雜物數量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾雜物可（kě）與鎂鈣耐火材（cái）料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）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（miàn），形成保護層，或（huò）者從鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在（zài）鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水（shuǐ）中夾（jiá）雜物的能力越強。
鎂鈣質耐火（huǒ）材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂（měi）鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石（shí）磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和（hé）滲透能（néng）力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿（jiǎn）度渣侵蝕性。堿度較低的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（yán），燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕（shí）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（dù）渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂（měi）鈣（gài）磚。鎂鈣質材料具有良（liáng）好的抵抗高堿度熔渣的侵（qīn）蝕和滲透能力，這（zhè）是因為渣與（yǔ）鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層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（néng）力，主（zhǔ）要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。
澄邁鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕的研究
鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成（chéng）鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特（tè）性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚（zhuān）具有更好的真空穩定性、抗熱（rè）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（luò）性（xìng）能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗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、中期渣和終期渣分別對鎂鈣（gài）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（sǔn）率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為MgO—C磚產生結（jié）構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因（yīn）為在磚的界麵上產生了C2S保護層（céng）；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損（sǔn）率（lǜ）反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因（yīn）為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。
孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚（zhuān）高（gāo）溫抗氧化性（xìng）和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利（lì）於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。
白雲石質耐火材（cái）料對潔淨鋼的影響
潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常（cháng）少，非（fēi）金屬夾雜物不僅數量少，而且尺（chǐ）寸很小和形（xíng）態得到（dào）控（kòng）製，合金元素成分精（jīng）準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水（shuǐ）從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料（liào）始終（zhōng）與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水（shuǐ）或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）能淨化鋼水，除去（qù）鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。
