徐平坤
以前，從煉（liàn）鋼工藝的（de）角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接（jiē）接觸的耐火材料對鋼水的（de）淨化作用（yòng），總是認為耐（nài）火材料或多（duō）或少地會對（duì）鋼水（shuǐ）產生汙染。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（měi）鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙（wū）染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包（bāo）等（děng）爐外精煉裝置中應用日益增加。
白（bái）雲（yún）石與鎂鈣質耐火材料的特征（zhēng）
白雲（yún）石（shí）（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（shí）質（zhì）耐（nài）火材料、鎂白雲石質（zhì）耐火材（cái）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熔的白雲石做原料的（de）定（dìng）型或（huò）不定形耐火材料；鎂白雲石（shí）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含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫（wēn）使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗（kàng）水化能力越強（qiáng）；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣（zhā）的能力越強，高溫蠕變越（yuè）大（dà），抗剝落性（xìng）能和脫（tuō）硫、脫磷的效果越好，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設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。
白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響
潔淨鋼、特殊鋼等對（duì）鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含量要求嚴格，需要爐外（wài）精煉除去鋼中（zhōng）雜質及夾雜物以及（jí）脫氣、調整化（huà）學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉移到爐（lú）渣中，具有除去雜質、淨（jìng）化鋼水的（de）功能。由於CaO的氧勢很低（dī），鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是（shì）爐外（wài）精煉冶煉潔淨鋼、純（chún）淨鋼、特殊鋼等設備的耐（nài）火材料。近（jìn）年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材（cái）料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進（jìn）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（fā），而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影（yǐng）響的，含有10%～20%CaO（摩（mó）爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材（cái）料中加入一定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）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（dī），熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶（róng）解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要（yào）選擇氧勢盡可能低（dī）的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在（zài）鋼水中的溶解度很小，而（ér）CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該（gāi）選用鎂鈣質耐火材料。溫度（dù）升高不利於脫（tuō）P，但鋼包中采（cǎi）用CaO含量高即（jí）堿度高的（de）熔（róng）渣有利（lì）脫P，因此，用（yòng）CaO含量高的（de）鎂鈣質耐火材（cái）料同樣也有利脫（tuō）P。
鎂鈣質耐火材料的熱震穩（wěn）定性高、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反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層（céng），從而抑製熔渣的滲透。
關於H含量（liàng）的（de）問題，采用真空精煉，其H主要來自熔（róng）渣或精煉設備內（nèi）襯耐火材料的水分及有機（jī）添加物。熱力學分析認（rèn）為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除（chú）其中的水分（fèn），就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。
鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料（liào）對鋼水性能的影響
耐火材料對鋼中（zhōng）氧含量的影響：王（wáng）龍光等人認為MgO—CaO耐火材（cái）料中的CaO熱力學穩定性（xìng）高，具有很低的氧平衡（héng）分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為（wéi）是（shì）防止鋼水增氧的有效材料。
耐火（huǒ）材料對鋼中S的影（yǐng）響：田琳等人試驗研究鎂鈣（gài）磚（zhuān）與鋼水中S的反應，檢驗（yàn）鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反（fǎn）應45min時，脫S效果更好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫S率降低，出（chū）現“回S”現象。為了使鋼（gāng）包獲得有效（xiào）的脫S效果，使用白雲石質鋼包（bāo）內襯是很必要（yào）的，這樣一方麵（miàn）可以（yǐ）盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方（fāng）麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致（zhì）耐火材料的過度消耗。
耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含（hán）量的影響。實驗（yàn）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，鋼中P含量僅（jǐn）有小幅（fú）度降低。
耐火材料（liào）對（duì）鋼水碳含量的影響：實驗表明（míng），使用含C耐火材料，鋼水顯著增（zēng）C，當同一（yī）製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微（wēi）增C。
耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機（jī）粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影（yǐng）響。連鑄過程中（zhōng），鋼（gāng）包和中間包係統中使用保護（hù）套（tào）管保護主流時，有機粘結劑導致吸（xī）H。對鋼（gāng）包、中（zhōng）間（jiān）包烘烤，能有（yǒu）效地降低鋼水的吸H量。
耐火材料對鋼（gāng）中N(氮)含量的影響：傳統耐火（huǒ）材料N含量很低，近年來氮化物在耐（nài）火材料中應用受到關注，如Sialon分（fèn）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（jiù）是（shì）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（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨（jìng）化（huà）的影響，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）的夾雜物，其餘（yú）的堿性耐火材料均使鋼水夾（jiá）雜物數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂鈣耐火材料（liào）中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化（huà）合物，熔點約為1400℃左右（yòu），可有效地（dì）去除鋼（gāng）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（fù）鎂鈣質耐火材料表（biǎo）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（zhì）保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性（xìng）CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。
鎂鈣質耐（nài）火材料的抗侵蝕性能：梁（liáng）義兵（bīng）等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣磚的（de）抗渣性。試驗結果得出（chū），CaO含量高的白雲石磚抗高（gāo）堿度的（de）AOD渣侵蝕和滲透能力比（bǐ）較強。燒成白雲石磚基質部分（fèn）致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高（gāo）堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐（lú）渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕性（xìng）明顯好於不燒（shāo）鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕能力（lì）好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂（měi）鈣質材（cái）料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能（néng）力（lì），這是因為渣與鎂鈣材料作用（yòng）析出C3S，使材料表（biǎo）層致（zhì）密化（huà）而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣（zhā）具有較強的侵蝕和滲透能力（lì），主要是（shì）熔渣（zhā）對基質的強溶蝕並滲透作用。
北辰鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的性（xìng）能及抗侵蝕的（de）研究
鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除（chú）具（jù）備鎂鈣（gài）磚的特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚（zhuān）具（jù）有更好的真空穩（wěn）定性、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性（xìng）能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗（kàng）渣侵（qīn）蝕和抗剝落性能越強。
鎂鈣碳（tàn）磚的抗侵蝕研（yán）究（jiū）：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐（lú）的初期（qī）渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣（zhā）MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構（gòu）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（shì）中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分（fèn）別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中（zhōng）∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。
孫（sūn）惠章等（děng）人研究結（jié）果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化（huà）性和熱震穩定性好（hǎo），抗酸性（xìng）熔（róng）渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水（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（gāng）的影響
潔淨鋼係指鋼中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金（jīn）屬夾雜物（wù）不僅數量少，而且尺寸很（hěn）小和形態得到控（kòng）製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶（yě）煉到精煉的整個過程中，耐（nài）火材（cái）料始終與鋼水接觸，一般（bān）耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有白雲石質即鎂鈣質耐火（huǒ）材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不（bú）汙染（rǎn）環境。
