徐平坤
以前，從煉鋼工藝的角度（dù）研究提高（gāo）鋼的純淨度，沒有考慮與（yǔ）鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或（huò）多或少地會對鋼水（shuǐ）產生汙染（rǎn）。可是通過對白雲石（shí）質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不（bú）汙染（rǎn）鋼水，反而能淨化鋼（gāng）水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精（jīng）煉（liàn）鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。
白（bái）雲石與（yǔ）鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）的特征
白雲石（CaCO3·MgCO3）是（shì）天然礦物原（yuán）料，煆燒後的理論組成為（wéi）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、鎂鈣質耐火材料。
其中，白雲石質耐火材料是（shì）指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料（liào）的（de）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（měi）石與（yǔ）白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的變化影（yǐng）響鎂鈣質製品的高溫使用性能（néng），MgO含量（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗水化能力越強；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（tuō）硫（liú）、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，應該根據爐外精煉等熱工設（shè）備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火（huǒ）材料中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。
白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響
潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中（zhōng）的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含（hán）量要求嚴格，需要爐（lú）外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐（lú）渣中，具有除去雜質、淨化鋼水（shuǐ）的功能（néng）。由於CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用（yòng）於冶煉低氧鋼，是（shì）爐外精煉（liàn）冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等（děng）設備的耐（nài）火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料（liào）消耗，研究人員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在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮（huī）發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數）就可使（shǐ）MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的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（zhōng），要使鋼水S含量（liàng）低（dī），熔渣必須是CaO含（hán）量（liàng）高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使（shǐ）O含（hán）量低（dī），就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很（hěn）小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿（jiǎn）度高的熔渣有利脫P，因此，用（yòng）CaO含量高的鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料同樣也有利脫P。
鎂鈣質（zhì）耐火材料的熱震穩定性（xìng）高、抗渣滲透性好，特別是熔（róng）渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中（zhōng）的CaO反應（yīng）生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。
關於H含（hán）量的問題（tí），采用真空精煉，其H主要（yào）來（lái）自熔渣或精煉（liàn）設備內襯耐火（huǒ）材料的水（shuǐ）分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下（xià）長期烘（hōng）烤，充分排除其中的水分，就（jiù）不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。
鎂（měi）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響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高（gāo），具有很低的氧（yǎng）平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為（wéi）是防止鋼（gāng）水（shuǐ）增氧的有效材（cái）料。
耐火材料對鋼中S的影響：田琳等（děng）人試驗研究鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中（zhōng）S的反應，檢驗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70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象（xiàng）。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方（fāng）麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還（hái）原（yuán）條件下鋼包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（yán）究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明（míng）：當（dāng）澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中（zhōng）P含（hán）量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提（tí）高（gāo）CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。
耐火材料（liào）對鋼水碳含量的影響：實驗表（biǎo）明（míng），使用含C耐火材（cái）料，鋼水顯著增C，當（dāng）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H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量（liàng）產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流（liú）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H量。
耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料（liào）中應（yīng）用受到關（guān）注，如Sialon分解對鋼水造成增（zēng）N。更大的增（zēng）N量（liàng）在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄（zhù）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鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下（xià），隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中（zhōng）的夾雜物（wù），其餘的（de）堿性耐（nài）火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等（děng）夾雜物可與鎂鈣耐火（huǒ）材料中的CaO反（fǎn）應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生（shēng）成Ca12Al4O3的複（fù）合化合物，熔點（diǎn）約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）物（wù）。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和（hé）C3S(矽酸三鈣)高熔點化（huà）合物被吸附鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材（cái）料表麵上剝落下來上浮至保（bǎo）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（qīn）蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結（jié）果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高（gāo）堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚（zhuān）基質部分致密程度高，較不燒白雲石（shí）磚具（jù）有更（gèng）好（hǎo）的抗高（gāo）堿度渣侵蝕性。堿度較低（dī）的VOD爐（lú）渣（zhā）對（duì）三種磚（zhuān）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抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含（hán）量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料（liào）具有良好的抵抗高堿（jiǎn）度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因（yīn）為渣與鎂鈣材料作用析出（chū）C3S，使（shǐ）材料表層致密化而有效抑（yì）製熔（róng）渣的滲透。低堿度（dù）熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔（róng）渣（zhā）對基質的強溶蝕（shí）並滲透作用。
安順鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕的研究（jiū）
鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備（bèi）鎂鈣磚的特（tè）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。鎂鈣碳磚的性能同（tóng）時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高（gāo），抗剝落性能越好，淨化鋼（gāng）水（shuǐ）的效果也（yě）越好（hǎo）；C含量越高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。
鎂鈣碳磚（zhuān）的抗侵蝕研究：崔淑賢（xián）等人采用（yòng）煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分（fèn）別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的（de）侵蝕進行實驗（yàn）。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（wéi）MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重（chóng）；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上（shàng）產生（shēng）了C2S保護層（céng）；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為（wéi）其在高（gāo）溫（wēn）中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。
孫（sūn）惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且（qiě）磚中的（de）CaO有利於鋼水的（de）脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐（lú）襯（chèn）。
白雲石質耐火（huǒ）材料對潔（jié）淨鋼的影響
潔淨鋼係指鋼中有（yǒu）害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜（zá）物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素（sù）成分精準並且分布均勻（yún），使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水（shuǐ）從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始（shǐ）終與鋼水接（jiē）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質耐火材料能淨化（huà）鋼水，除去鋼中的非（fēi）金屬夾雜物，而（ér）且不（bú）汙染環境。
