徐平坤
以（yǐ）前，從煉鋼（gāng）工藝的角度研究提高鋼的（de）純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼（gāng）水的淨化作用，總是（shì）認為（wéi）耐火材（cái）料或多或少地會對（duì）鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實（shí）際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨（jìng）化鋼水，並且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉（liàn）裝置中應用日益增加。
白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征
白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，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（nài）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（zhì）耐火材料。
其中，白雲石質（zhì）耐火材料是指（zhǐ）全部用煆燒或電熔的（de）白雲石做原料的定型或不定形（xíng）耐（nài）火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的變化影響鎂鈣（gài）質製品的（de）高溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）力越強（qiáng）；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強，高（gāo）溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）能和脫硫、脫（tuō）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（cǐ），應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合（hé）理選擇鎂（měi）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、特殊鋼等對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等（děng）夾雜物的含量要（yào）求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物（wù）以及脫氣、調（diào）整化學成分和均勻（yún）化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中（zhōng）的S、P等雜質反應，使（shǐ）其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化（huà）鋼（gāng）水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐（nài）火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精（jīng）煉冶煉潔淨鋼、純（chún）淨鋼、特殊鋼等設備的耐火（huǒ）材料（liào）。近（jìn）年來，為了淨化（huà）鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材（cái）料消耗（hào），研究人員對（duì）白雲石質耐火材料進行了許（xǔ）多（duō）試驗研究，取得（dé）了（le）很好的結果。
MgO在（zài）真空條件下容易（yì）揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影（yǐng）響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就（jiù）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（zhì）耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐（nài）火材料更合適。
鋼水中（zhōng）的脫S反應中，要使鋼水（shuǐ）S含量（liàng）低，熔（róng）渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並（bìng）且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使（shǐ）O含量低，就要選擇（zé）氧勢盡可能低的耐火材（cái）料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼（gāng）水中的溶解度很小，而（ér）CaO的氧勢（shì）也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材（cái）料。溫度升高不（bú）利於脫P，但鋼包中采用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（gài）質耐火材料同樣也有利脫P。
鎂鈣質耐火材料的熱震（zhèn）穩定性高（gāo）、抗（kàng）渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲（shèn）入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高（gāo）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含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精（jīng）煉設備內襯耐火（huǒ）材料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，具有很低的氧平衡（héng）分（fèn）壓（yā），在鋼水中的溶（róng）解度很小（xiǎo），被（bèi）認為是防止鋼水增氧的（de）有效材料。
耐火材料對鋼（gāng）中S的影響：田琳等人試（shì）驗研究鎂鈣磚與鋼水中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S效果更好，脫S率達70.12%；超過（guò）45min，脫（tuō）S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效（xiào）果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以（yǐ）盡可能降低鋼包內襯（chèn）的再氧化能力，另一（yī）方麵可以避免強還原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含量的影響：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（gāng）中P含量（liàng）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（xiǎo）幅度降低。
耐火材料對鋼水（shuǐ）碳含量的影（yǐng）響（xiǎng）：實驗表明，使（shǐ）用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同（tóng）一製品第二次使用時，鋼（gāng）水僅發（fā）生輕微增C。
耐火材料對鋼中H(氫)含量（liàng）的影（yǐng）響（xiǎng）：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含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統（tǒng）中使（shǐ）用保護套管保護主流（liú）時，有機粘結劑導致吸（xī）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（xiǎng）：傳統耐火（huǒ）材料N含量很低，近年（nián）來氮化（huà）物在耐（nài）火材料中應用受到關注，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（zēng）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（huà）的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材（cái）料能去除鋼水中的夾（jiá）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火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應（yīng）生成Ca12Al4O3的（de）複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成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（biǎo）麵（miàn），形（xíng）成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐（nài）火材料中的活性CaO含（hán）量越高，吸附鋼（gāng）水中（zhōng）夾雜物的能（néng）力越強。
鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性（xìng）能：梁義兵等人采用（yòng）靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣性。試驗結果得（dé）出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的（de）AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成（chéng）白（bái）雲石磚基質部分致密程度高，較（jiào）不燒白雲石磚具有更（gèng）好的抗高堿度渣侵蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐渣（zhā）對三種磚的侵蝕和滲透比高（gāo）堿度渣嚴（yán）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（shāo）成鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕能力（lì）好於CaO含量低的鎂（měi）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（lì），這是因為渣（zhā）與鎂鈣材（cái）料作用（yòng）析出C3S，使材料表層致密化而有效（xiào）抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透（tòu）能力，主要是熔（róng）渣對基質的（de）強溶蝕並滲透作用。
平涼鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚的性能（néng）及抗侵蝕的研究（jiū）
鎂鈣（gài）碳磚主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜（zá）。除具備鎂（měi）鈣（gài）磚的特性（xìng）外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及（jí）C的含量。CaO含（hán）量越高，抗（kàng）剝（bāo）落性能越好（hǎo），淨化鋼水（shuǐ）的效果也越（yuè）好；C含量越（yuè）高，抗（kàng）渣（zhā）侵蝕（shí）和抗剝落性能越強。
鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研（yán）究：崔淑賢等人采（cǎi）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（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磚的侵蝕較輕（qīng），是因為在磚（zhuān）的界麵上產（chǎn）生了C2S保護層（céng）；可是中期渣（zhā）和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕損率反而分（fèn）別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其（qí）在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。
孫惠章（zhāng）等（děng）人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性（xìng）和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。
白雲石質耐火材（cái）料（liào）對潔淨鋼的影響
潔淨鋼係指鋼（gāng）中有害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少（shǎo），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（jun1）勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼（gāng）水接觸，一般耐火材料對鋼（gāng）水或多或少總有（yǒu）些（xiē）汙染（rǎn），唯有白雲石質即鎂鈣質耐火（huǒ）材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物（wù），而且不（bú）汙染環境。
