徐平坤
以前，從煉（liàn）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水的淨化作用（yòng），總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水（shuǐ）產生（shēng）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際試驗（yàn），得出鎂（měi）鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置（zhì）中應用日益增加。
白雲石與（yǔ）鎂鈣質耐火材料的特征
白雲（yún）石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料（liào），煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐（nài）火材料、鎂鈣（gài）質耐火材料。
其中，白雲石質（zhì）耐火材料是指全部用煆燒或電熔的（de）白雲石做原（yuán）料的（de）定型或不定形耐火（huǒ）材料；鎂白（bái）雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石（shí）與白雲石（shí）合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品（pǐn）的高溫（wēn）使用性能，MgO含量越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能力（lì）越強，高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落性能和脫（tuō）硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據（jù）爐外精煉等熱（rè）工設備的不同部（bù）位（wèi）使（shǐ）用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。
白雲（yún）石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響（xiǎng）
潔淨（jìng）鋼、特殊鋼等對鋼中（zhōng）的（de）雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求（qiú）嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質（zhì）及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和（hé）均勻化（huà）等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與（yǔ）鋼水中的S、P等（děng）雜質反應，使其轉移到爐（lú）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冶煉（liàn）低氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼等設備的耐火（huǒ）材料。近年來，為（wéi）了淨化鋼水、延（yán）長爐（lú）襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對（duì）白雲（yún）石（shí）質（zhì）耐火材料（liào）進行了許（xǔ）多試驗研究，取得了很好的結果。
MgO在真空條件下容易揮發（fā），而CaO對MgO的揮（huī）發性是有影（yǐng）響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可（kě）使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（gāo）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（fǎn）應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高（gāo）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含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下（xià）以氣態存在，在鋼水中的溶解（jiě）度很小，而CaO的氧勢也（yě）很小（xiǎo），因此，精（jīng）煉設備應該選用鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）。溫度升高不利於脫（tuō）P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有（yǒu）利脫P，因此，用CaO含量高的（de）鎂鈣質耐火材料同樣（yàng）也有利脫P。
鎂鈣（gài）質耐火材料的（de）熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中（zhōng）SiO2滲（shèn）入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成（chéng）高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲（shèn）透。
關於H含量（liàng）的問題，采用真空精煉，其H主（zhǔ）要來自熔渣或精煉設備內襯（chèn）耐（nài）火材料的（de）水分（fèn）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（tí）。
鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料對鋼水（shuǐ）性能的（de）影響
耐火材料對鋼中氧含量的影響：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（yǎng）平衡分壓，在（zài）鋼水中的（de）溶解度很小，被認為是防（fáng）止鋼水增氧的有效材料。
耐火（huǒ）材（cái）料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂（měi）鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明（míng）：在1600℃下，反應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（huí）S”現象。為了使（shǐ）鋼包獲得有效的脫S效（xiào）果，使用白（bái）雲石質（zhì）鋼包內襯是很必（bì）要的，這樣一方麵可以（yǐ）盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方（fāng）麵可以避免強還原條件下（xià）鋼（gāng）包渣（zhā）導致（zhì）耐（nài）火材（cái）料的過度消耗。
耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才（cái）研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的（de）影響。實驗結（jié）果表明：當澆注料中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%，進一步（bù）提（tí）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（liàng）的影響：實驗表（biǎo）明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製（zhì）品第（dì）二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。
耐火材料對鋼（gāng）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含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和（hé）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（bāo）烘（hōng）烤，能有效地降低鋼水的吸H量。
耐火材料對鋼中（zhōng）N(氮)含量（liàng）的（de）影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用（yòng）受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼水造成（chéng）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（zhǎng）水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。
耐火材（cái）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（gāng）鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反（fǎn）應30min的情（qíng）況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除（chú）鋼（gāng）水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材（cái）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反應生（shēng）成Ca12Al4O3的（de）複合化合物，熔點約為1400℃左（zuǒ）右，可有效（xiào）地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應（yīng）生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔（róng）點化合物被吸附鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的活性CaO含量越（yuè）高（gāo），吸（xī）附鋼（gāng）水中夾雜物的能力越強。
鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵（bīng）等人（rén）采用靜態坩堝法研究3種不（bú）鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結（jié）果（guǒ）得（dé）出（chū），CaO含量高的白雲石磚（zhuān）抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲（shèn）透能力（lì）比（bǐ）較強（qiáng）。燒成白（bái）雲石磚基質部分致（zhì）密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗（kàng）高堿度渣侵蝕性（xìng）。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度（dù）渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕性明顯（xiǎn）好（hǎo）於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成（chéng）鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度（dù）渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料（liào）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（měi）鈣材料作用析出C3S，使材料（liào）表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力（lì），主要（yào）是熔（róng）渣對（duì）基質的強溶蝕並滲透作用。
通州鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究
鎂鈣碳磚主（zhǔ）要性（xìng）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（zhuān）比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱（rè）震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的（de）含量。CaO含（hán）量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量（liàng）越高，抗渣侵蝕和抗剝落（luò）性能越強。
鎂鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初（chū）期（qī）渣、中期渣和終期渣分別（bié）對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期（qī）渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因（yīn）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（zài）磚的界麵上產生了C2S保護層（céng）；可是中期渣和（hé）終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別（bié）比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶（róng）解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。
孫惠章等人研究結（jié）果表明（míng）鎂白雲石碳磚高（gāo）溫抗氧化（huà）性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強（qiáng）；而且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼水的脫O、脫S、脫P等（děng），適合冶煉鋼的電爐爐襯。
白雲（yún）石質耐火材料對潔淨鋼的影響
潔淨鋼係指鋼中有（yǒu）害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不（bú）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布均勻（yún），使（shǐ）鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從（cóng）冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始（shǐ）終（zhōng）與鋼水接（jiē）觸，一般耐火材料對鋼水或（huò）多或少總有（yǒu）些汙染，唯有白雲石（shí）質即（jí）鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物（wù），而且不汙染環境（jìng）。
