徐平坤
以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒（méi）有（yǒu）考（kǎo）慮與鋼水直接接（jiē）觸的（de）耐火材料對鋼水的淨化作用，總（zǒng）是認（rèn）為耐火材料或多或少地會對（duì）鋼水產生汙染。可是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研（yán）究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而（ér）能淨化鋼水，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。
白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征
白雲石（CaCO3·MgCO3）是（shì）天然礦物原料，煆燒後（hòu）的理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）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（yún）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；鎂白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）的變化影響鎂鈣質製品（pǐn）的高溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越（yuè）強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落性（xìng）能和（hé）脫（tuō）硫、脫磷的效果越好，但抗水（shuǐ）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備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的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（tè）殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）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及夾雜物以及脫氣（qì）、調（diào）整化學成分和均（jun1）勻化等。鎂鈣質耐火材料中的（de）遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧（yǎng）勢很低，鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶煉低氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼等（děng）設備的耐火（huǒ）材料。近年來，為了淨化（huà）鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對（duì）白（bái）雲石質（zhì）耐火材料（liào）進行了許（xǔ）多試驗（yàn）研究，取得了很好的結果。
MgO在真空條件下（xià）容易揮發，而（ér）CaO對MgO的揮發性是有影（yǐng）響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩爾分數）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（wēn）真空（kōng）條（tiáo）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（shuǐ）S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高（gāo）堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低（dī）。要使O含量低，就要選擇氧勢盡（jìn）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（de）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含量高即堿度高的熔渣（zhā）有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。
鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料的熱震穩定性（xìng）高（gāo）、抗渣滲透性好，特別是熔（róng）渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反應生成高熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製熔渣的滲透。
關於H含量的問題，采用真（zhēn）空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備（bèi）內襯耐火材料的水分及有機添加（jiā）物（wù）。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分（fèn）排除其中的水分，就（jiù）不存在鋼水中氫（H）含量增（zēng）高問題。
鎂鈣質耐火（huǒ）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（lì）學穩定性高，具有（yǒu）很（hěn）低的氧平衡分（fèn）壓（yā），在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），被認為（wéi）是（shì）防止鋼水增氧（yǎng）的有效材料。
耐（nài）火（huǒ）材（cái）料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚（zhuān）與（yǔ）鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質（zhì）耐火材料的脫S效果（guǒ）。結果表明（míng）：在1600℃下，反應45min時，脫（tuō）S效（xiào）果更（gèng）好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很（hěn）必要的，這樣一方麵可（kě）以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方（fāng）麵可（kě）以避免強還原條件下鋼包（bāo）渣導（dǎo）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，鋼中P含量大幅度降（jiàng）低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。
耐火材料對（duì）鋼水碳含量的影響：實（shí）驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增C。
耐火材料對鋼中H(氫)含（hán）量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有（yǒu）機粘結劑會對鋼水中的H含量產（chǎn）生顯著影響。連（lián）鑄過程（chéng）中，鋼包和中間包係統（tǒng）中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間（jiān）包烘烤，能有效地降低鋼（gāng）水的吸H量。
耐火材料（liào）對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳統耐火材料N含（hán）量很低，近年來氮化物在耐火材（cái）料（liào）中應用受到（dào）關注，如Sialon分解對鋼（gāng）水造（zào）成增N。更大的增N量在鋼包（bāo）與中間包之間，保護套管非常重（chóng）要，連鑄（zhù）的增N點（diǎn）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（děng）人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管（guǎn）線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均（jun1）使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效（xiào）地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣（gài）)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材（cái）料表麵，形成保護層，或者從鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層（céng）中；在鎂鈣質耐火材料（liào）中的活性CaO含量越（yuè）高（gāo），吸附鋼水中（zhōng）夾雜物的能力越強。
鎂鈣質耐火材料（liào）的抗侵（qīn）蝕性能：梁義兵等人采（cǎi）用（yòng）靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗（kàng）渣性。試驗（yàn）結果得出，CaO含量高的（de）白雲石磚抗高堿度（dù）的AOD渣侵蝕和（hé）滲透能力比較強。燒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度渣侵蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐（lú）渣對三種（zhǒng）磚的侵蝕（shí）和滲透（tòu）比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的（de）鎂鈣磚抵抗低（dī）堿（jiǎn）度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量（liàng）高的燒成（chéng）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具（jù）有良好的抵抗高堿度熔渣的（de）侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂（měi）鈣材料作用（yòng）析出C3S，使材料（liào）表層致密化而有效抑製熔（róng）渣的滲透。低堿（jiǎn）度熔渣具有（yǒu）較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔（róng）渣對基質的強溶蝕並滲透（tòu）作用（yòng）。
貴港（gǎng）鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及（jí）抗侵蝕的研究
鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空（kōng）穩定（dìng）性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時（shí）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；C含量越高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝落性（xìng）能越（yuè）強。
鎂鈣碳（tàn）磚的抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人采用（yòng）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（shì）因（yīn）為（wéi）MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕較輕，是因為在磚的界麵（miàn）上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損（sǔn）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。
孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高（gāo）溫（wēn）抗氧化性和熱（rè）震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於（yú）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（liào）對（duì）潔（jié）淨鋼的影響
潔淨鋼係指鋼中有害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量（liàng）非常少，非金屬（shǔ）夾雜物（wù）不僅數量少，而且尺寸很（hěn）小（xiǎo）和形（xíng）態得到控製，合金元素（sù）成分精準並且分布均勻，使鋼（gāng）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（huǒ）材（cái）料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或（huò）少總有些汙染，唯有（yǒu）白雲石質即鎂鈣質耐火材（cái）料能（néng）淨化（huà）鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且（qiě）不汙染環境。
