徐平坤
以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的（de）純淨度，沒有考慮與（yǔ）鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作（zuò）用，總是認為耐（nài）火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可（kě）是通過對白雲石質（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汙染鋼水，反而（ér）能（néng）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（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然礦物原料，煆燒後的（de）理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為（wéi）1.93。鎂鈣質（zhì）耐火材料主要（yào）包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料。
其（qí）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（huò）不（bú）定形耐火（huǒ）材料；鎂白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂（měi）石與白雲石合成的耐（nài）火材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響鎂鈣質（zhì）製品的高溫使（shǐ）用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗（kàng）水（shuǐ）化能力越強（qiáng）；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（néng）和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能越差。因此，應該根據爐外精煉（liàn）等熱工設備的不同部位使用條（tiáo）件，合理選擇鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材（cái）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、特殊鋼等對鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）的含量要求嚴格，需要爐外精煉除（chú）去鋼（gāng）中雜質及夾雜物以及脫氣、調整（zhěng）化學成分（fèn）和均勻化等（děng）。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等（děng）雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除（chú）去雜質、淨（jìng）化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）也適合用於冶煉低氧（yǎng）鋼，是爐外精煉（liàn）冶（yě）煉潔淨鋼、純淨鋼（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材料（liào）。近年來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽（shòu）命、降低（dī）耐火材料消耗（hào），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（xià）容易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因（yīn）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（bǐ）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（liàng）低，熔渣必（bì）須是CaO含量高（gāo）的高堿度渣，並且鋼水（shuǐ）中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐（nài）火材料（liào），Mg與（yǔ）Ca在高溫下以氣態存在（zài），在鋼水中的（de）溶解度很小，而CaO的氧勢（shì）也很小，因此，精煉設備（bèi）應該選用鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）。溫度升高不利於脫P，但鋼包中（zhōng）采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣（yàng）也有利脫P。
鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、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（huà）合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製熔渣的滲透。
關於H含（hán）量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣（zhā）或精煉（liàn）設備內（nèi）襯耐火材料的水分及有機添（tiān）加物。熱（rè）力學分析認為：要在（zài）1200℃下（xià）長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在（zài）鋼水中氫（H）含量增高問題。
鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響
耐火材料對鋼中氧含（hán）量的影響：王龍光等人認（rèn）為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。
耐火材料對鋼（gāng）中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢（jiǎn）驗鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料的脫S效（xiào）果。結果表（biǎo）明：在1600℃下，反應45min時（shí），脫S效果更（gèng）好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使（shǐ）鋼包獲得有效的脫S效果（guǒ），使用（yòng）白雲石質鋼包內襯是很必（bì）要的，這樣一方（fāng）麵可以盡可能（néng）降低鋼包內襯的再氧（yǎng）化能（néng）力，另一方（fāng）麵可以避免強還原（yuán）條件下鋼包渣導致耐（nài）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（yán）究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含（hán）量的影響。實驗結果表明：當（dāng）澆注（zhù）料（liào）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CaO含量，鋼中P含量（liàng）僅有小幅度降低。
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，鋼水顯著增C，當同一製品（pǐn）第（dì）二次（cì）使用時，鋼水僅發生輕微增C。
耐火材料對鋼中H(氫)含量（liàng）的影響：耐火材料中的（de）水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水（shuǐ）中的H含量產（chǎn）生顯著影響。連鑄（zhù）過程中，鋼包和中（zhōng）間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導（dǎo）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（huǒ）材（cái）料對鋼中N(氮)含量的影響（xiǎng）：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物（wù）在耐火材料中應用受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要（yào），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（de）影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂（měi）鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔（jié）淨化的（de）影響，實驗表（biǎo）明（míng）：在反應30min的（de）情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，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（jiá）雜物可與鎂鈣耐火（huǒ）材料（liào）中的（de）CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形成保護層（céng），或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來（lái）上（shàng）浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含（hán）量（liàng）越高，吸附（fù）鋼水中夾雜物的（de）能力越強。
鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研（yán）究3種不鏽鋼冶（yě）煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得（dé）出，CaO含量高的白雲（yún）石磚（zhuān）抗（kàng）高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比（bǐ）較強（qiáng）。燒（shāo）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（jiǎn）度渣侵蝕性。堿度較（jiào）低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透（tòu）比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕性（xìng）明顯好（hǎo）於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）能力好（hǎo）於（yú）CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與（yǔ）鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製（zhì）熔渣的滲透。低堿度熔渣具（jù）有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。
重慶鎂磚之鎂鈣碳磚的（de）性能及抗（kàng）侵蝕的（de）研（yán）究
鎂鈣碳磚主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚（zhuān）的特（tè）性外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的性能同（tóng）時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效（xiào）果也越好（hǎo）；C含量越高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝落性（xìng）能越強。
鎂鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢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（tàn）磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚（zhuān）的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）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，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。
孫惠（huì）章（zhāng）等人（rén）研究結果表明（míng）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（néng）力強；而（ér）且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼（gāng）水的脫O、脫（tuō）S、脫（tuō）P等，適合冶（yě）煉鋼的電爐爐襯。
白雲石質耐火材料（liào）對潔淨鋼的影響（xiǎng）
潔（jié）淨鋼係指鋼（gāng）中有害成分（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（tài）得到（dào）控製，合金元素成（chéng）分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品（pǐn）質。在鋼（gāng）水從冶煉到精（jīng）煉的整個過程中，耐火材（cái）料始（shǐ）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（yún）石質即鎂鈣（gài）質耐火材料能淨化鋼水，除（chú）去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染（rǎn）環境（jìng）。
