徐平坤
以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純（chún）淨度，沒有考慮與（yǔ）鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用（yòng），總是（shì）認為耐火材（cái）料（liào）或多或少地會對鋼水產生汙染。可（kě）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（yàn），得出鎂鈣質材料不但不（bú）汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙（wū）染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用（yòng）日益增加。
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（yuán）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括白雲石質耐火材料、鎂白雲（yún）石質耐火材料（liào）、鎂鈣質耐火材料（liào）。
其中，白雲石質耐（nài）火材料（liào）是指全部用煆（duàn）燒或（huò）電熔的白雲石做原料的（de）定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和（hé）鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）的變化影響鎂鈣（gài）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含量越高，抗高SiO2熔渣的（de）能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的（de）效果越好（hǎo），但抗（kàng）水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱（rè）工設備的不同部位使用（yòng）條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。
白雲石質耐火材（cái）料對淨化鋼水作用的影響（xiǎng）
潔淨鋼（gāng）、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元（yuán）素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜（zá）物的含量要求嚴格（gé），需要爐外（wài）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。鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中（zhōng）的S、P等雜質（zhì）反應，使其轉移（yí）到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的（de）氧（yǎng）勢很低，鎂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、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（yán）究人員（yuán）對白雲石（shí）質耐（nài）火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。
MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮（huī）發性大大降（jiàng）低。因此，MgO質（zhì）材料中加（jiā）入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高溫真空條件（jiàn）下使用比純MgO質耐火材料更合適。
鋼水中的脫S反（fǎn）應中，要（yào）使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高（gāo）堿度渣，並且鋼水中（zhōng）溶解的（de）O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與（yǔ）Ca在（zài）高溫下以氣態存在，在鋼（gāng）水中的溶（róng）解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精（jīng）煉（liàn）設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度（dù）升高不（bú）利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔（róng）渣有利（lì）脫P，因此，用（yòng）CaO含量高的鎂（měi）鈣質耐火材料同樣也有利脫P。
鎂鈣（gài）質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲（shèn）透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反應生成高熔點化合物（wù）C2S或C3S,形成保護層，從而（ér）抑（yì）製熔渣的滲透。
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（chèn）耐火材料的水分及有機添加物。熱（rè）力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分（fèn）排除其中的水分，就不存在鋼水（shuǐ）中氫（H）含量增高問題（tí）。
鎂鈣質耐（nài）火材料對鋼水性能的影響
耐火材（cái）料（liào）對鋼中氧含（hán）量的（de）影響：王龍（lóng）光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性（xìng）高，具有很低（dī）的氧平衡（héng）分壓，在鋼水（shuǐ）中的溶解（jiě）度很小，被認（rèn）為是防止鋼水（shuǐ）增氧的有效材料。
耐火材（cái）料對鋼中S的影（yǐng）響：田琳等人試（shì）驗研（yán）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。結果表明：在（zài）1600℃下，反應45min時（shí），脫S效果更好，脫S率（lǜ）達70.12%；超過45min，脫S率降低，出（chū）現“回S”現象。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（shì）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（yī）方麵可以避免強還（hái）原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。
耐火材料對鋼中P含量的影（yǐng）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（dāng）澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼（gāng）中（zhōng）P含（hán）量僅有（yǒu）小幅度降低。
耐火材料對鋼水碳含（hán）量的影響：實驗表明，使用含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（zēng）C。
耐火材料對鋼中H(氫)含量的（de）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含量產生顯著影響。連鑄過（guò）程中，鋼包和中間包係統（tǒng）中使用保護套管保（bǎo）護主（zhǔ）流時，有機粘結劑（jì）導（dǎo）致吸H。對（duì）鋼包、中間（jiān）包烘烤，能有效地（dì）降低鋼水的吸H量。
耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）中N(氮)含量的影響：傳統（tǒng）耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更（gèng）大的（de）增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要（yào），連（lián）鑄的增N點就是長水口（kǒu）保護，此處增N可達（15~30）×10-6。
耐火材（cái）料對鋼水（shuǐ）中夾雜物的影響：田（tián）琳等人研究了鎂鈣、鎂（měi）鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨（jìng）化的影（yǐng）響，實驗表明：在反應30min的情（qíng）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（wù）數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可（kě）與鎂鈣耐火材料中的CaO反（fǎn）應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼（gāng）中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反應（yīng）生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高熔點化合物被（bèi）吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者（zhě）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（gài）質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物的能力越強。
鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂（měi）鈣磚的抗（kàng）渣性。試驗（yàn）結果得出，CaO含（hán）量（liàng）高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵（qīn）蝕和滲（shèn）透能（néng）力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較（jiào）不燒白雲石磚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（yán）重得多。相對而言，燒（shāo）成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵抗（kàng）低（dī）堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好（hǎo）的抵抗（kàng）高堿度熔渣的侵蝕和滲（shèn）透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用（yòng）析出C3S，使材料表層致（zhì）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（tòu）能力，主（zhǔ）要是（shì）熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。
天津鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研（yán）究
鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚種類複雜。除具備（bèi）鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具（jù）有更（gèng）好的真空穩（wěn）定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性（xìng）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（yuè）好；C含量越高，抗渣侵（qīn）蝕和（hé）抗剝落性能越強。
鎂鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研究：崔（cuī）淑賢等人采用煉鋼轉爐（lú）的初期渣、中期渣和（hé）終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果（guǒ）表明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是（shì）因（yīn）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（zhuān）的（de）界麵上產生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和終期（qī）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（wéi）其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴（yán）重。
孫惠章等人研究結果（guǒ）表明鎂白雲（yún）石碳磚高溫抗氧化性和（hé）熱（rè）震穩定性好，抗酸（suān）性熔渣能力強；而（ér）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。
白雲石質耐火材料（liào）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，非金屬夾雜物不僅數量少，而（ér）且尺寸很小和形態得到控（kòng）製，合金元素成分精（jīng）準並且分布均勻，使鋼材具有高（gāo）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或多或少總有些汙染，唯有（yǒu）白雲石質即鎂鈣質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。
