徐平坤
以前，從煉（liàn）鋼工藝的角（jiǎo）度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火材料對鋼（gāng）水（shuǐ）的淨化作（zuò）用，總是認為耐火（huǒ）材料或（huò）多或少地會對鋼水產生汙染。可（kě）是通過對白雲石（shí）質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際（jì）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（huán）境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精（jīng）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（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物（wù）原料（liào），煆燒後的（de）理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火材料主要（yào）包括白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂白雲（yún）石質耐火材（cái）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（huò）電熔的白雲石做原料的定型或不定（dìng）形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）是用鎂石與白雲石合成的耐火（huǒ）材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質（zhì）製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水（shuǐ）化能力越（yuè）強；CaO含量越高，抗（kàng）高SiO2熔（róng）渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的（de）效果越（yuè）好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差。因此，應（yīng）該根據爐外精（jīng）煉等熱工（gōng）設備（bèi）的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣（gài）質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。
白雲石質耐火材（cái）料對淨化鋼水作用的影響
潔淨鋼、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（liàng）要求嚴格（gé），需要爐外精煉除去（qù）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（zhì）耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質（zhì）反（fǎn）應，使其轉移到爐（lú）渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很（hěn）低（dī），鎂鈣質耐（nài）火材料也適合用於冶（yě）煉低氧鋼，是爐外（wài）精煉（liàn）冶（yě）煉潔淨鋼、純淨鋼、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（duì）白（bái）雲石質耐火（huǒ）材料進行了（le）許多試驗研究，取得了（le）很好的結果。
MgO在真空條件（jiàn）下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的（de），含有10%～20%CaO（摩爾分（fèn）數（shù））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（tiáo）件下（xià）使用比（bǐ）純MgO質耐火材料更合適。
鋼水中的脫S反（fǎn）應中，要使鋼水（shuǐ）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（jìn）可（kě）能要低。要使（shǐ）O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也（yě）很小，因此，精煉設備應該（gāi）選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利（lì）於（yú）脫P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高即堿度高（gāo）的熔渣有（yǒu）利脫（tuō）P，因（yīn）此，用CaO含量（liàng）高的鎂鈣質耐火材料同樣也（yě）有利脫P。
鎂鈣（gài）質耐火材料的熱震穩定性高（gāo）、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲（shèn）入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點（diǎn）化合物C2S或C3S,形成保護層，從（cóng）而抑製熔（róng）渣的滲透。
關於H含量的問題，采用真空精煉（liàn），其H主要來自熔渣或精煉設備內襯（chèn）耐火材料的水分（fèn）及有機添加（jiā）物。熱力學分析（xī）認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水（shuǐ）分，就不存在鋼水中（zhōng）氫（H）含量增高問題（tí）。
鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）對（duì）鋼水性能的影響
耐火材料對鋼中氧（yǎng）含量的（de）影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力（lì）學穩（wěn）定性高，具有很低的氧平（píng）衡分壓（yā），在（zài）鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。
耐火材料對鋼中S的影響：田琳等（děng）人試驗研究鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果（guǒ）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（tuō）S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼（gāng）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，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯（chèn）的再氧化能力，另一方麵可以避免強還（hái）原條件下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度消耗。
耐火材料對（duì）鋼中P含量的（de）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（guǒ）表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降（jiàng）低，由原始的（de）0.1%降（jiàng）低到0.01%，進一步提高（gāo）CaO含量，鋼中（zhōng）P含量僅有小幅度降低。
耐火材料對鋼水碳含量（liàng）的影響：實驗表明，使用含C耐（nài）火材料，鋼水顯著增（zēng）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（liàng）的影響：耐（nài）火材（cái）料中的水分以及其中的有機粘結劑（jì）會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中（zhōng），鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有（yǒu）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)含量的影響：傳統耐火材（cái）料N含量很低，近年來（lái）氮（dàn）化物在耐火材料中（zhōng）應用（yòng）受到（dào）關（guān）注（zhù），如Sialon分解對（duì）鋼水造成增N。更大的（de）增N量（liàng）在鋼包與中間包之間，保（bǎo）護套管非常重要，連鑄的增（zēng）N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。
耐火材料對鋼水中夾雜物的影（yǐng）響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂（měi）鋁、鎂（měi）鉻耐火材料對（duì）管線（xiàn）鋼（gāng）鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況（kuàng）下，隻有鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料能去除鋼水中（zhōng）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等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的（de）CaO反應，如CaO與Al2O3反應（yīng）生（shēng）成Ca12Al4O3的（de）複合化合物（wù），熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效（xiào）地去除鋼中（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（róng）點（diǎn）化合物（wù）被吸附鎂鈣質耐（nài）火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵（miàn）上剝落下來上浮至保護（hù）渣層中；在鎂鈣質耐火材（cái）料中的活性CaO含量越高，吸附（fù）鋼水中夾雜物的能力越強。
鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜（jìng）態坩堝法研（yán）究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗（kàng）渣性。試驗結果（guǒ）得出，CaO含量（liàng）高的（de）白雲石（shí）磚抗高（gāo）堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能（néng）力比較強。燒（shāo）成白雲石磚基質部分致密程度高，較（jiào）不燒白雲石磚（zhuān）具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。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（chóng）得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於（yú）不燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）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（zhì）材料具有良好的（de）抵抗（kàng）高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是（shì）因為渣與鎂鈣（gài）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（zhā）具有較強的（de）侵蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。
甘孜鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕的研究（jiū）
鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜（zá）。除具備（bèi）鎂鈣磚的（de）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（hán）量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越（yuè）高（gāo），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（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和（hé）終（zhōng）期（qī）渣分別對（duì）鎂鈣碳（tàn）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磚高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產生（shēng）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（zhuān）的界麵上（shàng）產生了C2S保護層（céng）；可是中期渣和終期渣（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別（bié）比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磚侵蝕嚴重（chóng）。
孫惠章等人研究（jiū）結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化（huà）性和熱震穩定性好，抗酸性（xìng）熔渣能力強；而（ér）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（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不（bú）僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元（yuán）素成分精準並且分布均勻，使鋼材（cái）具有高性能（néng）、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（chù），一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質（zhì）即鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的（de）非金屬夾雜物，而且不汙染環境。
