徐平坤
以（yǐ）前，從煉（liàn）鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材（cái）料對（duì）鋼水（shuǐ）的淨化作用，總是認為耐火材料（liào）或多或少地會對鋼（gāng）水產生汙染。可（kě）是通過對白雲石質（鎂鈣（gài）質（zhì））耐（nài）火材料的理（lǐ）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，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加（jiā）。
白雲（yún）石與鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料（liào）的特征
白雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）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（huǒ）材（cái）料主要包括白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂白雲石（shí）質耐火（huǒ）材料、鎂鈣質耐火材料。
其中，白（bái）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定型或不定（dìng）形耐（nài）火材料；鎂白雲石和鎂（měi）鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水（shuǐ）化能力越強；CaO含量越高，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（yuè）好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越（yuè）差。因（yīn）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中的w（CaO）/w（MgO）。
白雲石質耐火材料對淨化鋼水（shuǐ）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（yào）求（qiú）嚴格，需要（yào）爐外精煉除去鋼中雜質及（jí）夾雜物以及脫氣、調整化（huà）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等雜（zá）質反應（yīng），使其轉移（yí）到爐渣（zhā）中，具有（yǒu）除（chú）去雜質、淨化鋼水（shuǐ）的功能（néng）。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶（yě）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（yán）長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行（háng）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（hán）有10%～20%CaO（摩爾分數）就可（kě）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（nài）火材料，在高溫真（zhēn）空條件下使用比（bǐ）純MgO質耐火材（cái）料更合（hé）適。
鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必（bì）須是（shì）CaO含量高的（de）高堿度渣，並且（qiě）鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含（hán）量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在（zài）高溫下（xià）以（yǐ）氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的（de）氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料。溫度升高不利於脫P，但（dàn）鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔（róng）渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫（tuō）P。
鎂鈣質耐火材料的熱震穩定（dìng）性高、抗（kàng）渣滲透性好，特別是（shì）熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔（róng）點化合物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，采用真空精煉，其H主要（yào）來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的（de）水分及有機添加物。熱（rè）力學分（fèn）析認為：要（yào）在1200℃下長期烘烤（kǎo），充分排除其（qí）中的（de）水分（fèn），就不存在鋼水中（zhōng）氫（H）含量增高問題。
鎂鈣質耐火材料對（duì）鋼水性能的影響
耐火材料對鋼中氧含量的影（yǐng）響：王龍光等人（rén）認為MgO—CaO耐火材料中（zhōng）的CaO熱力學穩定性（xìng）高，具（jù）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（fáng）止鋼水增氧的有效材料。
耐火材（cái）料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研（yán）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（guǒ）。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S率降低（dī），出現“回S”現象。為了使（shǐ）鋼包獲得有效的脫（tuō）S效果，使用白雲石質鋼包內襯是（shì）很必要的，這樣一方麵可以（yǐ）盡可能降低鋼（gāng）包內襯的（de）再氧化（huà）能力，另一方麵可以避免強還原條（tiáo）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（yǐng）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，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（tí）高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度（dù）降低。
耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗（yàn）表明，使用含C耐火材料，鋼水顯（xiǎn）著增C，當同一（yī）製品第二次使用時，鋼水僅發（fā）生輕微增C。
耐（nài）火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料（liào）中的水分（fèn）以及其中的有機粘結劑會對（duì）鋼水中的H含量產生顯著影響（xiǎng）。連鑄過程中，鋼包和中間包係（xì）統中（zhōng）使用（yòng）保護套管保護主（zhǔ）流時，有機粘結劑導致吸H。對（duì）鋼包、中間包烘烤，能有（yǒu）效（xiào）地降低鋼（gāng）水（shuǐ）的（de）吸H量（liàng）。
耐火材料對鋼中（zhōng）N(氮)含量的影響：傳統耐火材料（liào）N含量很低（dī），近年來氮化物在耐火材（cái）料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼（gāng）包與中間包之間，保護套管非常（cháng）重要（yào），連鑄（zhù）的增N點（diǎn）就是（shì）長水口保（bǎo）護（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。
耐火材料對鋼水中夾雜物的（de）影（yǐng）響：田琳等人研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材（cái）料（liào）對管線鋼鋼水潔淨化的影響（xiǎng），實驗表明（míng）：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的（de）夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增（zēng）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（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可（kě）有（yǒu）效地去除（chú）鋼中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸（suān）三鈣)高熔（róng）點化合物被吸附鎂鈣（gài）質（zhì）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（lái）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越強。
鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等人采用靜（jìng）態坩堝法研究3種不（bú）鏽鋼冶煉（liàn）用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果（guǒ）得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲（shèn）透能力（lì）比較強。燒成（chéng）白雲石磚基質部分致密（mì）程度高，較（jiào）不燒白雲石（shí）磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲（shèn）透比高堿度渣嚴重（chóng）得多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於不燒鎂（měi）鈣磚，CaO含量（liàng）高的燒成鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度（dù）渣侵蝕能力好（hǎo）於CaO含量低的（de）鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的（de）抵抗高堿度熔渣的侵蝕和（hé）滲透能力，這（zhè）是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材（cái）料表層致密（mì）化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具（jù）有較強的侵蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是（shì）熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。
滄州（zhōu）鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究
鎂鈣碳磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成（chéng）鎂（měi）鈣（gài）磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，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（zhuān）的性能同（tóng）時取決於CaO及C的（de）含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝（bāo）落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣（zhā）侵蝕和抗剝落性能越強。
鎂鈣碳磚（zhuān）的抗侵蝕研究：崔淑（shū）賢（xián）等人采用煉鋼轉爐的初期渣、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（qī）渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因（yīn）為MgO—C磚產生結構剝落（luò），蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因（yīn）為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重。
孫惠章等人（rén）研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩（wěn）定性（xìng）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，適合冶煉鋼的電爐爐襯（chèn）。
白雲石質耐火材料對潔淨鋼（gāng）的影響（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量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元（yuán）素成分精準（zhǔn）並且（qiě）分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高（gāo）品（pǐn）質。在鋼水（shuǐ）從冶煉（liàn）到（dào）精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些（xiē）汙（wū）染，唯有白雲（yún）石質（zhì）即鎂鈣質耐火材料（liào）能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。
