徐平坤
以（yǐ）前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒（méi）有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼（gāng）水的淨化作（zuò）用，總是（shì）認（rèn）為耐火材料或多或少地會對鋼水產（chǎn）生汙染。可是通過對白雲石質（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理論研（yán）究和實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而（ér）能淨化鋼水（shuǐ），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（rì）益增加。
白（bái）雲石與鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料的特征
白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組（zǔ）成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料（liào）主要包（bāo）括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。
其中，白雲石質耐火材（cái）料是指全部用煆燒或電熔（róng）的白雲（yún）石做原料的定（dìng）型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣（gài）質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材（cái）料。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（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水化能力（lì）越強（qiáng）；CaO含量（liàng）越高，抗高SiO2熔渣的能力越強（qiáng），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（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此（cǐ），應該（gāi）根（gēn）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作用的影響
潔淨鋼、特殊（shū）鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜（zá）物的含量要（yào）求嚴格，需要爐外（wài）精煉除去鋼中雜質及夾雜物（wù）以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的遊離CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等雜質（zhì）反應，使其（qí）轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於（yú）冶煉（liàn）低氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設（shè）備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員（yuán）對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。
MgO在（zài）真（zhēn）空條件（jiàn）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（shù））就可使（shǐ）MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一（yī）定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下（xià）使用比純MgO質耐火材料更合（hé）適。
鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含（hán）量高的高堿度渣，並且鋼水中（zhōng）溶解的O含量盡可能要低。要使O含量（liàng）低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下以氣態存（cún）在，在鋼水中的溶（róng）解度很小，而CaO的氧勢也（yě）很（hěn）小，因此，精煉設備（bèi）應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升（shēng）高不利於脫P，但（dàn）鋼包中采用（yòng）CaO含量高即堿度高的熔渣（zhā）有利脫（tuō）P，因此，用（yòng）CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。
鎂鈣質耐火材料的熱震穩定（dìng）性高、抗渣滲透（tòu）性好，特別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化（huà）合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲（shèn）透（tòu）。
關於H含量的問題（tí），采用真空精煉，其H主要來自熔（róng）渣或精煉設備（bèi）內襯耐火材料（liào）的水分及有機添加物。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（zài）鋼水中氫（qīng）（H）含量增高問題。
鎂鈣質耐火材（cái）料對鋼水性能的影響
耐火材料對鋼中氧含量的影響：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（dī）的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為（wéi）是防止鋼水增（zēng）氧的有效材料。
耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚（zhuān）與鋼（gāng）水中S的反應，檢驗（yàn）鎂鈣質（zhì）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（shí）質鋼包（bāo）內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧（yǎng）化能力，另一方麵可以避免強還原條件下（xià）鋼包渣導致耐火材料（liào）的過（guò）度消耗。
耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中P含量的影（yǐng）響。實（shí）驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時（shí），鋼（gāng）中P含量（liàng）大幅度降（jiàng）低，由原始的0.1%降低（dī）到0.01%，進一步（bù）提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。
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（shǐ）用時，鋼水僅發（fā）生輕微增C。
耐火材料對鋼中（zhōng）H(氫)含量的影響：耐火材料中（zhōng）的水分以及其中的有機粘結劑（jì）會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程（chéng）中，鋼包和中間包係（xì）統中使用保（bǎo）護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸（xī）H量。
耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐（nài）火材（cái）料N含量很低，近年來（lái）氮化物（wù）在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解（jiě）對鋼（gāng）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（nài）火材（cái）料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表（biǎo）明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能（néng）去除（chú）鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水（shuǐ）夾（jiá）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（de）複（fù）合（hé）化合（hé）物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物（wù）被吸附（fù）鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上（shàng）浮至（zhì）保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的（de）活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜（zá）物的能力越強。
鎂鈣質耐火材料的抗（kàng）侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性。試驗（yàn）結果得（dé）出，CaO含量高的白雲石磚抗（kàng）高堿度的AOD渣侵（qīn）蝕和滲透能力比（bǐ）較強。燒成白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（jiǎn）度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成（chéng）的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒（shāo）鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質（zhì）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（wéi）渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使（shǐ）材料表層致密化而有效（xiào）抑製熔渣的（de）滲透（tòu）。低堿（jiǎn）度（dù）熔（róng）渣具有（yǒu）較強的侵蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。
雙鴨（yā）山鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵（qīn）蝕的研究
鎂鈣（gài）碳磚主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂鈣磚種（zhǒng）類複雜。除具備鎂（měi）鈣磚的特性外，鎂（měi）鈣（gài）碳磚比鎂碳磚具有更好的真空（kōng）穩定性、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（hán）量越高，抗（kàng）剝落性能越好，淨化鋼水的（de）效果也（yě）越好；C含量越（yuè）高，抗渣（zhā）侵蝕和抗剝落性（xìng）能越強。
鎂（měi）鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等（děng）人采用煉（liàn）鋼轉爐的初期渣、中期渣（zhā）和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚的侵蝕進行實（shí）驗。實驗結果表明：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（zhuān）的侵蝕（shí）較輕，是因為在磚的界麵（miàn）上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕（shí）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（zhā）中∑FeO溶解，所（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴重。
孫（sūn）惠章等人研究結果（guǒ）表（biǎo）明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震（zhèn）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（tuō）O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。
白雲石質耐火材料（liào）對潔（jié）淨鋼的影響
潔淨鋼係指鋼中有害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少，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（hé）金元素成分精準並且分布均勻，使鋼（gāng）材具有高性能、高品質。在（zài）鋼（gāng）水從冶煉到精煉的整個過（guò）程中，耐火材料始終與鋼（gāng）水接觸（chù），一般耐火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（gāng）水，除（chú）去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。
