徐平坤
以前，從煉鋼工藝的角度（dù）研究提高鋼的純（chún）淨度，沒有考慮與鋼水直接接（jiē）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地會對鋼水產生汙染。可是通（tōng）過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料（liào）的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料（liào）不但不（bú）汙染鋼水，反而能淨化鋼水（shuǐ），並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外（wài）精煉（liàn）裝置中應用日益增加。
白雲石與鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料的特征
白雲石（shí）（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣質耐（nài）火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質（zhì）耐火材料、鎂鈣質耐火材料。
其中，白雲石質耐火（huǒ）材料是指全（quán）部用煆燒或電熔的白（bái）雲石做原料的定型或不（bú）定形耐火（huǒ）材料；鎂白雲石（shí）和鎂鈣質耐火材料是用鎂石（shí）與白（bái）雲石合成（chéng）的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂（měi）鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高（gāo），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，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果（guǒ）越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉（liàn）等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇（zé）鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。
白雲石質（zhì）耐火材料（liào）對淨（jìng）化鋼水作用（yòng）的影響
潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元（yuán）素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量（liàng）要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的遊離CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去（qù）雜質、淨化（huà）鋼（gāng）水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用於（yú）冶煉低氧鋼，是（shì）爐外精（jīng）煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。
MgO在真（zhēn）空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響（xiǎng）的（de），含有10%～20%CaO（摩爾分（fèn）數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中（zhōng）加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在高溫真空條件下使（shǐ）用比純（chún）MgO質（zhì）耐火材料更（gèng）合適。
鋼水中的脫S反應中，要使鋼（gāng）水S含量低，熔渣必須是CaO含（hán）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低的耐火（huǒ）材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存（cún）在，在鋼水中的溶解度很小，而（ér）CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材（cái）料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高（gāo）即堿度高的熔渣有利（lì）脫P，因此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫（tuō）P。
鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、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（shēng）成高熔（róng）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（tí），采用真空精煉，其H主要來（lái）自熔渣或精煉設備內襯耐火材料（liào）的水分及有機添加物。熱力學分析（xī）認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其（qí）中的水分，就不存在（zài）鋼水中氫（H）含量增高問題。
鎂鈣（gài）質耐火材料對鋼水（shuǐ）性能的影響
耐火材（cái）料對鋼（gāng）中氧含（hán）量（liàng）的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材料中的CaO熱力學穩定性（xìng）高，具有很低的氧平衡分壓，在（zài）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（liào）對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的反應，檢驗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（tuō）S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現（xiàn）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很（hěn）必要的，這（zhè）樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方（fāng）麵可以避免強還原條（tiáo）件下鋼包渣（zhā）導致耐火材料的過度消（xiāo）耗。
耐（nài）火材料對（duì）鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對（duì）鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量（liàng）大幅度降低，由（yóu）原始的0.1%降低到（dào）0.01%，進一步提高CaO含量，鋼（gāng）中P含量僅（jǐn）有小（xiǎo）幅度降（jiàng）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（shuǐ）顯著增C，當同一製品（pǐn）第二次使用時（shí），鋼水僅發生輕微增C。
耐火（huǒ）材料對鋼中H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火材（cái）料中的水分以及其中（zhōng）的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係（xì）統中使用（yòng）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（bāo）烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。
耐火材料對鋼中（zhōng）N(氮)含（hán）量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化（huà）物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分（fèn）解對鋼水造（zào）成增N。更大的增（zēng）N量在鋼包與（yǔ）中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的（de）增N點就是長水口保（bǎo）護，此處增N可（kě）達（15~30）×10-6。
耐火材料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（duì）管線鋼鋼水潔淨化的影響（xiǎng），實驗表明：在反應30min的情（qíng）況下，隻有鎂鈣質耐（nài）火材料能去除（chú）鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐（nài）火材（cái）料均使鋼水夾雜物數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應（yīng），如CaO與Al2O3反應生（shēng）成Ca12Al4O3的複合化合物，熔（róng）點約為1400℃左右，可有效地去除（chú）鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高（gāo）熔點（diǎn）化合物被吸附鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料表麵，形成保護層，或者從鎂（měi）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，吸附鋼水中夾雜物的（de）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含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部（bù）分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更（gèng）好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐（lú）渣（zhā）對三種磚的侵（qīn）蝕和滲透比高堿度（dù）渣嚴重得多。相對而言，燒（shāo）成的鎂鈣磚抵抗低（dī）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（qīn）蝕（shí）能力好於CaO含量（liàng）低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵（dǐ）抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透（tòu）能（néng）力（lì），這是因為渣（zhā）與鎂鈣（gài）材料（liào）作用析出C3S，使材料表層致密化而有（yǒu）效抑製（zhì）熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶（róng）蝕（shí）並（bìng）滲透作用。
津南鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的（de）研究
鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複（fù）雜（zá）。除具備鎂鈣磚的特性（xìng）外，鎂鈣碳（tàn）磚比鎂碳磚具（jù）有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）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，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗剝（bāo）落性能越強。
鎂鈣碳磚（zhuān）的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉（liàn）鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的（de）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7.3%，是（shì）因為MgO—C磚產生結構（gòu）剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是（shì）因為在磚的界麵上產生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕損率反而分別比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（qīn）蝕嚴重。
孫（sūn）惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧（yǎng）化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能（néng）力強；而且磚中的（de）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）石質耐火材料對潔淨鋼的影響
潔淨（jìng）鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金（jīn）屬夾雜物不僅數量少，而且尺（chǐ）寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品質。在鋼水從（cóng）冶煉（liàn）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（cái）料對鋼水或多或少總有些汙染（rǎn），唯有白雲石（shí）質即鎂鈣質耐火材料能淨化（huà）鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環（huán）境。
