徐平坤
以前，從煉鋼工（gōng）藝的角度研究（jiū）提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料（liào）對鋼水（shuǐ）的淨化作用（yòng），總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染（rǎn）。可是通（tōng）過對白（bái）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）不但不汙（wū）染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。
白雲石與鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料的特征
白雲石（shí）（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原（yuán）料，煆燒後的（de）理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火（huǒ）材料主要包括白雲石質耐（nài）火材料、鎂白雲（yún）石質（zhì）耐火材料、鎂鈣質耐火材料。
其中，白雲石質耐火材料是指全（quán）部用（yòng）煆燒或電熔的白（bái）雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲（yún）石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化（huà）影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔（róng）渣的能力越強，高（gāo）溫蠕變越大（dà），抗剝落性能和脫硫、脫（tuō）磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工（gōng）設（shè）備的不同部位使用條件，合理選擇（zé）鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。
白雲石質耐火材料對淨化（huà）鋼水作用的影響
潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜（zá）質及夾雜物以及脫氣（qì）、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材（cái）料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等（děng）雜質反應，使其（qí）轉移到爐渣中，具有除去雜（zá）質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣（gài）質耐火材料也適合用於冶煉低氧（yǎng）鋼，是（shì）爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火（huǒ）材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研（yán）究人員對白（bái）雲石質（zhì）耐火材料進（jìn）行了許多試驗（yàn）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（de）揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數）就可使MgO相對揮發性大大（dà）降低。因此，MgO質材料中加入一（yī）定（dìng）量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使（shǐ）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（dī），熔渣必須是CaO含量高的（de）高堿度渣，並且鋼水中（zhōng）溶解的O含量盡可（kě）能要低。要使O含（hán）量低，就要選擇（zé）氧勢盡（jìn）可能低的耐火材（cái）料，Mg與Ca在高溫下以氣態（tài）存在，在鋼水中的溶（róng）解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質（zhì）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（de）熔渣（zhā）有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料（liào）同樣也有利脫P。
鎂鈣（gài）質耐火材料的（de）熱（rè）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耐火材料中的CaO反應生成高熔點（diǎn）化合物C2S或C3S,形成保護層，從而（ér）抑製熔渣的滲透。
關於H含量的問題，采用真空精煉（liàn），其H主（zhǔ）要來自熔渣或精（jīng）煉設備內襯耐火材料的（de）水分及有機添加物。熱力學分析認為：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。
鎂鈣質耐火材料（liào）對鋼水性能的影響（xiǎng）
耐火材料對鋼中氧含量的影（yǐng）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（dī）的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防（fáng）止鋼水增氧的有效材料。
耐火材料對鋼中S的（de）影響：田琳等人試驗研究（jiū）鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗（yàn）鎂鈣（gài）質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫（tuō）S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出現“回（huí）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（bāo）內襯（chèn）是很必要的，這樣一方麵可以（yǐ）盡可能降低鋼包內襯的再氧（yǎng）化能力，另一方麵可以（yǐ）避免強還原條件下鋼包（bāo）渣導致耐火材料的過度消耗。
耐火材料對鋼中P含（hán）量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼（gāng）中P含量的影響。實驗結（jié）果表（biǎo）明（míng）：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含量大幅度降（jiàng）低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅（jǐn）有（yǒu）小幅度降低。
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（de）水分以及其中的有（yǒu）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（tǒng）中（zhōng）使用保護套（tào）管保護（hù）主流時，有機粘（zhān）結劑導（dǎo）致吸（xī）H。對鋼包、中間包烘烤，能有（yǒu）效地降低鋼水（shuǐ）的吸H量。
耐火材料對鋼中N(氮（dàn）)含量的影響（xiǎng）：傳統耐火材料N含量很低，近（jìn）年來氮化（huà）物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解（jiě）對（duì）鋼水造成增N。更（gèng）大的增N量在（zài）鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。
耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼（gāng）鋼水潔淨化的（de）影（yǐng）響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中（zhōng）的夾雜（zá）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（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約（yuē）為1400℃左右，可（kě）有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)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，或者從鎂鈣質（zhì）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能力（lì）越強（qiáng）。
鎂鈣質（zhì）耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩（gān）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（gāo）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（bái）雲石磚基質部分致密程度高，較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（lú）渣對（duì）三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重（chóng）得多。相對而言，燒（shāo）成（chéng）的鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）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（dī）堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這（zhè）是因為渣與鎂鈣材料作用析出（chū）C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣（zhā）的滲透。低堿度（dù）熔渣具有較強的（de）侵蝕和滲（shèn）透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。
永川鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕（shí）的研究
鎂鈣碳磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜（zá）。除具備鎂鈣磚的特（tè）性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同（tóng）時取決於CaO及C的含量（liàng）。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，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。
鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終（zhōng）期渣分（fèn）別對（duì）鎂鈣（gài）碳磚及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進行實驗。實（shí）驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為MgO—C磚產生結（jié）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保護層；可是中期（qī）渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚（zhuān）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。
孫惠章等人研究（jiū）結果表明（míng）鎂白（bái）雲（yún）石碳磚高溫抗氧化性和熱（rè）震穩定性好，抗酸（suān）性熔（róng）渣能力強；而且磚中的CaO有（yǒu）利（lì）於鋼水（shuǐ）的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的（de）電爐爐襯。
白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響
潔淨鋼係指鋼中有害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量（liàng）非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺（chǐ）寸很小和形態（tài）得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品（pǐn）質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材（cái）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，唯有白雲石質即鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾雜（zá）物，而且不汙染環境。
