徐平坤
以前，從煉鋼（gāng）工藝的（de）角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直（zhí）接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少（shǎo）地會對鋼水產生汙（wū）染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材（cái）料的理（lǐ）論研究和實際試驗，得（dé）出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而（ér）能（néng）淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包（bāo）等爐外精煉裝置中應用日益增加。
白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征
白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物（wù）原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包（bāo）括白雲石質耐火材料（liào）、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料（liào）。
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火材料；鎂（měi）白雲石和鎂鈣質耐火材料（liào）是用鎂（měi）石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影（yǐng）響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水化能力（lì）越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落（luò）性能和脫硫、脫磷的效（xiào）果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應（yīng）該根據（jù）爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂（měi）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水作用的影響
潔淨鋼、特殊鋼等對鋼（gāng）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（gé），需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以（yǐ）及（jí）脫氣、調整化學成分和均勻化（huà）等。鎂鈣質耐火材料中的遊離（lí）CaO，易與鋼（gāng）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（gāng）水的功（gōng）能。由於CaO的氧勢很低（dī），鎂鈣質耐（nài）火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是（shì）爐外精煉冶煉（liàn）潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年（nián）來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消（xiāo）耗，研究人員對白雲石質（zhì）耐火材（cái）料進行了許多試驗研究，取得了很好的（de）結果。
MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發（fā）性（xìng）是有影響的，含有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（xià）使用（yòng）比純MgO質耐（nài）火材料更合適。
鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必（bì）須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中（zhōng）溶解的O含量盡（jìn）可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低（dī）的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中（zhōng）的溶解（jiě）度很（hěn）小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設備應該（gāi）選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不（bú）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，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材（cái）料同樣也（yě）有利脫P。
鎂鈣質耐（nài）火材料的熱震穩定性高、抗（kàng）渣滲透（tòu）性好，特別是熔渣中SiO2滲入（rù）會與MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反（fǎn）應生成高（gāo）熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔（róng）渣的滲透。
關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分（fèn）析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分（fèn），就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。
鎂鈣質耐（nài）火材料對鋼水性能的影響
耐火（huǒ）材（cái）料對鋼中氧含（hán）量的影響：王龍光等人認為（wéi）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（zhōng）的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的（de）有（yǒu）效材料。
耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試（shì）驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應（yīng），檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果（guǒ）表明（míng）：在1600℃下，反應45min時，脫（tuō）S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出（chū）現“回S”現象。為了（le）使鋼包獲得有效的（de）脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這（zhè）樣一方麵可以（yǐ）盡可能（néng）降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣（zhā）導致耐火材料的過度消耗（hào）。
耐火材料對鋼中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（shí）驗結果表明：當澆注料中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CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。
耐火（huǒ）材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐（nài）火材料，鋼水顯著增C，當同一（yī）製品第二次使用（yòng）時，鋼水僅發生輕微增C。
耐火材料對鋼（gāng）中（zhōng）H(氫)含量的影響：耐火材料中的（de）水分以及其中的（de）有機粘結劑會對（duì）鋼水中的H含量（liàng）產生顯著（zhe）影響。連鑄過（guò）程中（zhōng），鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流（liú）時，有機粘結劑導（dǎo）致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量（liàng）。
耐（nài）火材料對鋼中N(氮（dàn）)含量的影響：傳統耐火材料N含量（liàng）很低，近年來氮化物（wù）在（zài）耐火材料中（zhōng）應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包（bāo）與中間包之間，保護套管（guǎn）非常（cháng）重要，連鑄（zhù）的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。
耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田（tián）琳等人研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火材（cái）料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在（zài）反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料（liào）能去（qù）除鋼水中（zhōng）的夾（jiá）雜（zá）物，其餘（yú）的（de）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（nài）火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複（fù）合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高熔點（diǎn）化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來（lái）上（shàng）浮（fú）至保護渣層中（zhōng）；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。
鎂鈣質耐火材料的抗（kàng）侵蝕性能：梁義兵（bīng）等人采用靜態坩堝（guō）法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試（shì）驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度（dù）的（de）AOD渣侵蝕（shí）和滲透能力比（bǐ）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度渣侵蝕（shí）性（xìng）。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，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵（qīn）蝕性明顯好於不燒（shāo）鎂（měi）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。鎂鈣質材料具有（yǒu）良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為（wéi）渣與鎂（měi）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力，主要是（shì）熔渣（zhā）對基質的強溶蝕並滲透作用。
菏澤鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究（jiū）
鎂鈣（gài）碳磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚（zhuān）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（jìng）化鋼（gāng）水的效（xiào）果也越好（hǎo）；C含量越高（gāo），抗渣（zhā）侵蝕和抗剝落（luò）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（qī）渣和終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（míng）：初期（qī）渣MgO—C磚蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產（chǎn）生結構剝落，蝕損（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界（jiè）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（bié）比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因為其（qí）在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕（shí）嚴重。
孫惠章等人研究結果（guǒ）表明鎂白雲石碳（tàn）磚高溫抗氧化性和（hé）熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚（zhuān）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。
白雲石質耐火材（cái）料（liào）對（duì）潔（jié）淨鋼的影響
潔淨（jìng）鋼係（xì）指鋼（gāng）中有害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少，非金（jīn）屬夾雜物不僅數量少（shǎo），而（ér）且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使（shǐ）鋼（gāng）材具有（yǒu）高性能、高品（pǐn）質。在（zài）鋼水（shuǐ）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（liào）對鋼水或多或（huò）少總（zǒng）有些汙染，唯有白雲石質即鎂（měi）鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙（wū）染環（huán）境。
