徐平坤
以前，從煉鋼工藝的角度研究提（tí）高鋼的純淨度，沒（méi）有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對（duì）鋼水的（de）淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地（dì）會對鋼（gāng）水產生汙染（rǎn）。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質（zhì）材料不但（dàn）不汙染鋼水，反（fǎn）而能淨化鋼水，並且（qiě）也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等（děng）爐外精煉裝置中應用日益增加。
白雲石與鎂鈣質耐火（huǒ）材料的特征
白雲石（CaCO3·MgCO3）是（shì）天（tiān）然礦物原料，煆燒後的理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為（wéi）1.93。鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料主要包括白雲石質耐火（huǒ）材料（liào）、鎂白雲石質耐（nài）火材料、鎂鈣（gài）質耐火材料。
其中，白雲石質耐火材料是（shì）指全部用煆燒（shāo）或電熔的白雲石做原料的（de）定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製（zhì）品的高溫使用性能，MgO含（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗（kàng）高SiO2熔渣的能力（lì）越強，高溫蠕變越大，抗（kàng）剝落性能和脫硫、脫磷的效（xiào）果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能越差。因此，應該根（gēn）據爐外精（jīng）煉等熱工設備的不同部位使用條件，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
潔淨鋼、特（tè）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（hán）量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及（jí）夾雜物以及脫氣、調整化學成（chéng）分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的（de）遊（yóu）離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉（zhuǎn）移到（dào）爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的（de）功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼（gāng）、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨（jìng）化鋼水、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的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩（mó）爾分數）就（jiù）可使MgO相對揮發性大大降低（dī）。因此，MgO質材（cái）料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火（huǒ）材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。
鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量（liàng）低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低（dī）。要使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的氧勢也很小，因此，精煉（liàn）設（shè）備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度（dù）升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。
鎂鈣質耐火材（cái）料的熱震穩定性高、抗渣（zhā）滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材（cái）料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製（zhì）熔渣的滲透。
關於（yú）H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自（zì）熔渣或精煉設備內（nèi）襯耐火材（cái）料的水分及有機添加物。熱力學分析認（rèn）為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。
鎂鈣（gài）質耐火材料對鋼（gāng）水性能的影響
耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍（lóng）光等人認為（wéi）MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼（gāng）水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧（yǎng）的有（yǒu）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中S的反（fǎn）應，檢驗鎂鈣質（zhì）耐（nài）火（huǒ）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（tuō）S率降低，出現“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很必要的，這樣一方麵可以（yǐ）盡可（kě）能降低鋼包內（nèi）襯的再（zài）氧化能力，另一方麵可以（yǐ）避免強還（hái）原條件（jiàn）下鋼包渣導致耐火材料的過（guò）度（dù）消耗（hào）。
耐火材料（liào）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。實驗結果表明：當澆注（zhù）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（gāo）CaO含量（liàng），鋼中P含量（liàng）僅有小幅度降低。
耐（nài）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C。
耐火（huǒ）材料對（duì）鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其（qí）中的（de）有機粘結劑會對鋼水中的（de）H含量產生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保（bǎo）護主流時，有機粘結劑導致吸H。對（duì）鋼包、中間包烘烤，能（néng）有效地降低鋼水的吸（xī）H量。
耐火材料對鋼中N(氮（dàn）)含量的影響：傳統耐（nài）火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材（cái）料中應用受（shòu）到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水（shuǐ）口保護，此處（chù）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（yán）究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料（liào）能去除鋼水中的夾雜物，其餘（yú）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CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔（róng）點約為1400℃左右，可有效地去（qù）除（chú）鋼（gāng）中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材（cái）料表麵，形成保護層，或者從鎂（měi）鈣質耐火材料表麵上（shàng）剝（bāo）落下（xià）來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐（nài）火材料中的活性CaO含量越（yuè）高，吸（xī）附鋼水中夾雜物的能力越強（qiáng）。
鎂鈣質耐（nài）火材料的抗侵蝕性能：梁義兵（bīng）等人（rén）采用靜態坩堝法研究3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。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（néng）力比較強。燒成（chéng）白雲石磚基質部分致密程度高（gāo），較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度（dù）渣侵蝕性。堿（jiǎn）度（dù）較低（dī）的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比（bǐ）高堿度渣嚴重得（dé）多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於不燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的燒成（chéng）鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質（zhì）材料具（jù）有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是（shì）因為渣與鎂鈣（gài）材（cái）料作用析出C3S，使材料表層致密化（huà）而有效（xiào）抑製熔渣的滲透。低堿（jiǎn）度熔渣具有（yǒu）較強的侵蝕和滲透（tòu）能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。
廈門鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究（jiū）
鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩（wěn）定性、抗熱（rè）震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性能同時取決於CaO及（jí）C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含（hán）量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。
鎂鈣碳（tàn）磚（zhuān）的抗侵蝕研究：崔淑賢等（děng）人采用（yòng）煉鋼轉爐（lú）的初期渣（zhā）、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚（zhuān）的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結（jié）構剝落，蝕（shí）損（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上（shàng）產生了（le）C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕損率（lǜ）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（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重。
孫惠章（zhāng）等（děng）人研究結果表明鎂白雲石碳（tàn）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有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適（shì）合冶煉鋼的電爐爐襯。
白雲石質耐火材料對潔淨鋼的（de）影響
潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水（shuǐ）從冶（yě）煉到精煉的整個過程中，耐火材（cái）料始終與鋼水接（jiē）觸，一般（bān）耐火（huǒ）材料對鋼水或多或少總（zǒng）有些（xiē）汙染，唯有白（bái）雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼（gāng）水，除去（qù）鋼中的非金屬夾（jiá）雜物，而且不汙（wū）染環境。
