徐平坤
以前，從煉鋼工藝（yì）的角度研究提高鋼的（de）純淨度（dù），沒有考慮（lǜ）與鋼水直（zhí）接接觸（chù）的耐火材料（liào）對鋼水的淨化作用，總是（shì）認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣（gài）質）耐火材料的理論研究和實際試驗（yàn），得出鎂鈣質材料不但不汙（wū）染鋼水，反而（ér）能淨化鋼水（shuǐ），並且也（yě）不汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包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）是天然礦物原料，煆（duàn）燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。
其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電（diàn）熔的白雲石做原料的定（dìng）型（xíng）或不定形耐火材料（liào）；鎂白雲石和鎂（měi）鈣質耐火材料是用鎂石與白雲（yún）石合成的耐火（huǒ）材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響鎂鈣質製品的高（gāo）溫使用性能，MgO含量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫（wēn）蠕變越大，抗剝（bāo）落性能和（hé）脫硫、脫磷（lín）的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因（yīn）此，應該根據爐外精煉（liàn）等熱（rè）工設備的（de）不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣（gài）質耐（nài）火材（cái）料中的w（CaO）/w（MgO）。
白雲石質耐火材料對淨化（huà）鋼水作用的影響
潔（jié）淨鋼、特殊鋼等對鋼中（zhōng）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，需要爐外精煉除去鋼中雜質及（jí）夾雜（zá）物以及脫氣、調整化學成分和（hé）均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的（de）遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到（dào）爐渣中，具（jù）有除去雜質、淨化鋼水的（de）功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐（nài）火材料也適合用於冶（yě）煉低氧鋼，是爐（lú）外精（jīng）煉冶（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（gāng）水、延長爐襯壽（shòu）命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材（cái）料進行了（le）許多試驗（yàn）研究，取得了（le）很好的結果。
MgO在（zài）真空（kōng）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（duì）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（cái）料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。
鋼水中（zhōng）的脫（tuō）S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣（zhā）必須是CaO含量高的高堿度渣，並且（qiě）鋼水中溶解的O含（hán）量盡可（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（qì）態存在，在鋼（gāng）水中的溶（róng）解度很小，而（ér）CaO的氧勢也很小，因此（cǐ），精（jīng）煉設備應（yīng）該選（xuǎn）用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼（gāng）包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含（hán）量高的鎂鈣質耐火材料同樣（yàng）也有利脫（tuō）P。
鎂鈣質耐火（huǒ）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（nài）火材料中的CaO反（fǎn）應生成高熔點化合物C2S或（huò）C3S,形成保護層，從而抑製熔渣（zhā）的（de）滲透。
關於H含量的問題，采（cǎi）用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備（bèi）內襯（chèn）耐火材料的水分及（jí）有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除（chú）其中的（de）水分，就不存在鋼水（shuǐ）中氫（H）含量增高（gāo）問題。
鎂鈣（gài）質耐火材料對鋼水性能的（de）影響
耐火材料對鋼（gāng）中氧含量的影響（xiǎng）：王龍（lóng）光等人認為MgO—CaO耐火材（cái）料中的（de）CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認（rèn）為是防止鋼水增氧的有效材（cái）料。
耐火材料對鋼（gāng）中S的影響：田琳等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。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫（tuō）S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫（tuō）S效（xiào）果，使（shǐ）用白雲（yún）石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能（néng）降低（dī）鋼包內襯（chèn）的（de）再氧化能力，另一方麵（miàn）可以避免（miǎn）強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。
耐火材料（liào）對（duì）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。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時（shí），鋼中（zhōng）P含量大幅度降低，由原（yuán）始的0.1%降（jiàng）低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅（fú）度降低。
耐火材料對鋼水碳含量的影響（xiǎng）：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C。
耐火材料對鋼中（zhōng）H(氫)含量的影響：耐火材（cái）料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量（liàng）產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中（zhōng）使用保護套管保護主流時，有機粘結劑（jì）導（dǎo）致吸H。對鋼包、中（zhōng）間包烘烤，能有效地（dì）降低鋼水的吸H量。
耐火材料對鋼中（zhōng）N(氮)含量的影響：傳（chuán）統耐（nài）火材（cái）料N含量（liàng）很低，近年來氮化物在耐火材料中（zhōng）應用（yòng）受到關注，如Sialon分（fèn）解對（duì）鋼水造成增N。更大（dà）的增N量在（zài）鋼包與中間（jiān）包之間，保護套管（guǎn）非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增（zēng）N可達（15~30）×10-6。
耐火材料對鋼（gāng）水中夾雜物的（de）影響（xiǎng）：田琳等人研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗（yàn）表明：在反應30min的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐（nài）火材料能去除（chú）鋼水中的夾（jiá）雜物，其餘的堿性耐火材（cái）料均（jun1）使鋼水（shuǐ）夾雜（zá）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（yǔ）Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效（xiào）地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣（gài）)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，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（zài）鎂鈣（gài）質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力（lì）越強。
鎂鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）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（jiào）強。燒成（chéng）白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有（yǒu）更好的抗高（gāo）堿度渣侵蝕性。堿度較低的（de）VOD爐渣對三種磚的侵蝕和（hé）滲透比高（gāo）堿度渣嚴重得多。相對而（ér）言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒（shāo）成鎂鈣（gài）磚抵抗（kàng）低（dī）堿度渣侵（qīn）蝕能力好於CaO含量低的（de）鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕（shí）和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣（zhā）的滲透。低堿度熔渣具有（yǒu）較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基（jī）質的強溶蝕並滲透作用。
銅川鎂（měi）磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕（shí）的研（yán）究
鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的（de）特性外，鎂鈣（gài）碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩（wěn）定性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取（qǔ）決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落（luò）性能越好，淨化鋼水的效（xiào）果也（yě）越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落性能（néng）越強。
鎂鈣碳（tàn）磚的抗侵蝕研究：崔淑賢（xián）等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別（bié）對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行（háng）實（shí）驗（yàn）。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕（shí）損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕（shí）損（sǔn）最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是（shì）因（yīn）為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕損率反而（ér）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磚侵蝕嚴重。
孫惠（huì）章（zhāng）等人研究結果表明鎂白雲（yún）石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於（yú）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（de）影響（xiǎng）
潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非（fēi）常少，非金屬夾雜物不僅數（shù）量少，而且（qiě）尺寸很小和形態得到控製，合金元素（sù）成分精準（zhǔn）並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質（zhì）。在鋼水從（cóng）冶（yě）煉到精煉的整（zhěng）個（gè）過程中，耐火（huǒ）材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總（zǒng）有些汙染（rǎn），唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物（wù），而且不汙染環境。
