徐平坤
以前，從煉鋼（gāng）工（gōng）藝的角度研究提高鋼的（de）純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用（yòng），總是認為耐火（huǒ）材料或多或少地會對鋼水產生汙（wū）染。可是通過（guò）對白雲石質（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙（wū）染鋼水，反而能（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（yīng）用日益增（zēng）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、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質（zhì）耐火材料。
其中，白（bái）雲（yún）石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的（de）白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石與白雲石合成的（de）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，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越（yuè）強；CaO含量（liàng）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、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差（chà）。因此，應該根據爐外精（jīng）煉等熱工設備的（de）不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火（huǒ）材料中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。
白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼水作用的影（yǐng）響
潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及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（yǐ）及（jí）脫氣、調（diào）整化（huà）學成分和（hé）均（jun1）勻化等。鎂鈣（gài）質耐火材料中的遊離CaO，易（yì）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（gāng）水的功能。由於CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）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（chèn）壽命、降低耐火材料消耗，研究（jiū）人員對白雲石質（zhì）耐火（huǒ）材料進行了許（xǔ）多試驗研究，取得（dé）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（de）CaO製成MgO—CaO質耐火材料，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含量低，熔渣必須是CaO含（hán）量高的高堿度渣（zhā），並且鋼水中（zhōng）溶解的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（de）耐火（huǒ）材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在（zài），在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備（bèi）應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采（cǎi）用CaO含（hán）量（liàng）高即堿度高的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣（gài）質耐火材料同樣也有利脫P。
鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料的熱震穩定（dìng）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（fǎn）應生成高熔點化合（hé）物C2S或（huò）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主要來自熔（róng）渣或精煉（liàn）設備內襯耐火材料的水分及（jí）有機添加物。熱力學分析認為：要（yào）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。
鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）對鋼水性能的影響
耐火材料對（duì）鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧（yǎng）平衡分壓，在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（shì）驗研究鎂（měi）鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料的脫S效（xiào）果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫（tuō）S效（xiào）果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低（dī），出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必（bì）要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵（miàn）可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。
耐火材料對鋼（gāng）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（yǐng）響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降（jiàng）低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一（yī）步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小（xiǎo）幅度降低（dī）。
耐火（huǒ）材料對鋼水碳含量（liàng）的影響：實（shí）驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品（pǐn）第（dì）二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。
耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中（zhōng）的水分以及其中（zhōng）的有機粘結劑會對鋼水（shuǐ）中的H含（hán）量（liàng）產生顯著影響。連鑄過（guò）程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管（guǎn）保（bǎo）護主流時，有機粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。
耐火材料（liào）對鋼中N(氮)含量的影響：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分解對鋼水造成（chéng）增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管（guǎn）非常重要（yào），連鑄的增N點（diǎn）就是長水口保護，此處增（zēng）N可達（15~30）×10-6。
耐火材料對鋼水中夾雜物的影（yǐng）響：田（tián）琳等人研究（jiū）了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在（zài）反（fǎn）應30min的情況下，隻有鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料能去除鋼水中的夾雜（zá）物，其餘的堿（jiǎn）性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物（wù）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，熔點約為1400℃左右，可有效地去除（chú）鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合（hé）物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形（xíng）成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的活性（xìng）CaO含量越高，吸（xī）附鋼水中（zhōng）夾雜物的能力越強。
鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性（xìng）能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種（zhǒng）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（zhuān）抗高堿度（dù）的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密（mì）程度（dù）高，較不燒白雲石磚具有更好（hǎo）的（de）抗高堿度渣侵蝕性（xìng）。堿度較低（dī）的VOD爐渣（zhā）對三（sān）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（kàng）低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（zhuān）抵抗（kàng）低堿度（dù）渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂（měi）鈣材料作用析出C3S，使材（cái）料表層致密化（huà）而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強（qiáng）溶蝕並滲（shèn）透作用。
襄（xiāng）陽鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕的研究
鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性（xìng）外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有（yǒu）更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於（yú）CaO及C的（de）含量。CaO含（hán）量越高（gāo），抗剝落性能越好，淨（jìng）化鋼水的效（xiào）果也越（yuè）好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。
鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑（shū）賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終（zhōng）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（biǎo）明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保（bǎo）護層（céng）；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而（ér）分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在（zài）高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。
孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚（zhuān）高溫（wēn）抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸（suān）性熔（róng）渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼（gāng）水的脫O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉鋼的電爐爐襯。
白雲石（shí）質耐火材料對潔淨鋼（gāng）的影響（xiǎng）
潔（jié）淨鋼係（xì）指鋼（gāng）中有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非（fēi）常少，非金（jīn）屬（shǔ）夾雜物（wù）不僅數量（liàng）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布均勻，使鋼材（cái）具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉（liàn）到精（jīng）煉的整個過程中（zhōng），耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐（nài）火（huǒ）材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質（zhì）即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。
