徐平坤
以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純（chún）淨度，沒有考（kǎo）慮（lǜ）與鋼（gāng）水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化（huà）作用，總是認為耐火材料或多或少地會對（duì）鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂（měi）鈣質）耐火材（cái）料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質（zhì）材料不但不汙染鋼（gāng）水，反而（ér）能淨化鋼水，並且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應（yīng）用日益增加。
白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征
白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天然礦（kuàng）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（gài）質耐火材料主要包括白雲（yún）石質耐火材料、鎂白雲石質（zhì）耐火材料、鎂鈣（gài）質耐火材料。
其中（zhōng），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定型或不定形耐火材料（liào）；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石（shí）與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的變化影響（xiǎng）鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗（kàng）水化能力越強；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔渣的能（néng）力（lì）越強，高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落性能和脫硫、脫磷的效果（guǒ）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（shè）備的不同部位使用（yòng）條件，合理選擇鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。
白雲石質（zhì）耐火材料對淨化鋼水作用的影響
潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元（yuán）素及SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼（gāng）中雜質（zhì）及夾雜（zá）物以及脫氣、調整化學成分和（hé）均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離（lí）CaO，易與（yǔ）鋼水中的S、P等雜（zá）質反應，使其轉移到爐渣中，具有（yǒu）除去（qù）雜（zá）質、淨化鋼水的功能。由於（yú）CaO的（de）氧勢很低，鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外（wài）精煉冶（yě）煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為（wéi）了淨化鋼水、延長（zhǎng）爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人（rén）員對（duì）白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結（jié）果。
MgO在真空條（tiáo）件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一（yī）定量（liàng）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，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能（néng）要低。要使O含量低，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（zài）鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣（gài）質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度（dù）高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣（gài）質耐火材料同樣也有利脫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（zhōng）SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材（cái）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（róng）渣的滲透。
關（guān）於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔（róng）渣或（huò）精煉設備內襯耐（nài）火材料（liào）的水分及有機添加物。熱力學分析（xī）認為：要在1200℃下長期烘烤，充（chōng）分排除其中的水（shuǐ）分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。
鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響（xiǎng）
耐火材料對（duì）鋼中氧（yǎng）含量的影響：王龍光等人認為（wéi）MgO—CaO耐火材料中（zhōng）的CaO熱力學穩定性高，具有很（hěn）低的氧（yǎng）平衡分壓，在（zài）鋼水中的溶解（jiě）度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。
耐火材料對鋼中（zhōng）S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反應，檢驗鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料的脫（tuō）S效果。結果表明（míng）：在1600℃下，反應45min時（shí），脫S效果更好，脫S率達（dá）70.12%；超過（guò）45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了（le）使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是（shì）很必要的，這樣（yàng）一方麵可以盡可能降低（dī）鋼包內襯的再氧化能力，另一方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（hào）。
耐火材（cái）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含量的影響（xiǎng）。實驗結果表明（míng）：當（dāng）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（jìn）一步提高CaO含（hán）量，鋼中P含量僅有小幅度降低。
耐火材料對鋼水碳（tàn）含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料（liào），鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時（shí），鋼水（shuǐ）僅發生輕微（wēi）增C。
耐火材料對（duì）鋼中H(氫)含（hán）量的影響：耐（nài）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含量產生顯著影響。連鑄過程（chéng）中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包（bāo）、中間包烘（hōng）烤，能有效地降低（dī）鋼水的吸H量。
耐火材料對鋼中（zhōng）N(氮)含量的影響：傳統耐火（huǒ）材料（liào）N含量很低（dī），近年來氮（dàn）化物在耐火（huǒ）材料中應用（yòng）受到關注，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，連鑄的增N點就是長水口保護（hù），此處增（zēng）N可達（15~30）×10-6。
耐火材料對鋼水中夾雜物（wù）的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材（cái）料對（duì）管線鋼（gāng）鋼水潔（jié）淨化的影響（xiǎng），實驗表明：在反應30min的（de）情況下（xià），隻有鎂鈣質耐（nài）火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐（nài）火材料中的CaO反應（yīng），如（rú）CaO與Al2O3反應（yīng）生成Ca12Al4O3的複合化（huà）合物，熔點約（yuē）為1400℃左（zuǒ）右，可有效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反應（yīng）生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保（bǎo）護層，或者從鎂鈣質耐火材料（liào）表（biǎo）麵上（shàng）剝落下來上（shàng）浮至（zhì）保護渣層中；在鎂鈣（gài）質耐火材料中的活性CaO含（hán）量越高，吸附鋼水（shuǐ）中夾雜物的能力越強。
鎂鈣質耐火（huǒ）材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚（zhuān）的抗（kàng）渣（zhā）性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較（jiào）不燒白雲石（shí）磚具有更好的抗（kàng）高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐（lú）渣對三種磚的侵（qīn）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（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能力好（hǎo）於CaO含量低的鎂鈣磚（zhuān）。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，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲（shèn）透。低（dī）堿（jiǎn）度熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對（duì）基質（zhì）的強溶蝕（shí）並滲透作用。
昌邑鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究
鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚（zhuān）具（jù）有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量越高，抗剝（bāo）落性能越好，淨化鋼水的效（xiào）果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。
鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑（shū）賢等人采用煉鋼轉爐的（de）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（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（yīn）為MgO—C磚產生結構（gòu）剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較（jiào）輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期（qī）渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重（chóng）。
孫惠章等人研究結果表明鎂（měi）白雲石碳磚（zhuān）高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中（zhōng）的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫（tuō）P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。
白（bái）雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響
潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬（shǔ）夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材具有高性能、高品質（zhì）。在鋼水從冶煉到（dào）精煉的整個過程中，耐火材（cái）料（liào）始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石（shí）質（zhì）即鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料能淨化鋼（gāng）水，除去鋼中的非金（jīn）屬夾雜（zá）物，而且不汙染環（huán）境。
