徐平坤
以前，從煉鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接（jiē）接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為（wéi）耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）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（fǎn）而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）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）是天然礦物原料（liào），煆燒後的（de）理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐（nài）火材（cái）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（qí）中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或（huò）電熔（róng）的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石（shí）和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的（de）耐火材料。MgO、CaO含量的（de）變化（huà）影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能（néng）力越強（qiáng），高溫蠕變（biàn）越大（dà），抗剝落性能和（hé）脫硫（liú）、脫磷的效果越（yuè）好，但抗水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性（xìng）能越（yuè）差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位（wèi）使用條件，合（hé）理選擇鎂鈣（gài）質耐（nài）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O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含量要求嚴（yán）格，需要（yào）爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料中的遊離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（de）氧（yǎng）勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼（gāng），是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼（gāng）等設備的耐火材料（liào）。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許（xǔ）多試驗研究，取得了（le）很好的結果。
MgO在真空條（tiáo）件下容易揮發，而CaO對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。因此，MgO質材料中加入（rù）一定量的CaO製（zhì）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（shuǐ）中的脫S反應中（zhōng），要使鋼水S含量低，熔渣必（bì）須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水（shuǐ）中溶（róng）解的（de）O含（hán）量盡可能要（yào）低（dī）。要使O含量低，就要選擇氧（yǎng）勢盡可能低（dī）的耐（nài）火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在（zài），在鋼水中的溶解度很小，而（ér）CaO的氧勢也很小，因此（cǐ），精（jīng）煉設備應該選用鎂（měi）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有利脫P，因此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣質耐火材料同樣也有（yǒu）利脫P。
鎂鈣質耐（nài）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滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應（yīng）生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔（róng）渣（zhā）的滲（shèn）透。
關於H含量的問題，采用真空（kōng）精煉，其H主（zhǔ）要來自熔渣或精煉（liàn）設（shè）備內襯（chèn）耐（nài）火材料的水分（fèn）及有（yǒu）機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤（kǎo），充分排除其中（zhōng）的水分，就不（bú）存在鋼（gāng）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（zhōng）氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）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（xiào）材料。
耐火材（cái）料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究（jiū）鎂鈣磚（zhuān）與（yǔ）鋼水中S的反應（yīng），檢驗（yàn）鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應（yīng）45min時，脫（tuō）S效果更好（hǎo），脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼（gāng）包獲得有效的脫S效果，使（shǐ）用白雲石質鋼包內襯是很（hěn）必要的，這樣一（yī）方麵可以盡可能降低（dī）鋼包內襯的再氧化能力，另一（yī）方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火（huǒ）材料的過度消耗。
耐火材料對鋼中P含量的（de）影響：匡加（jiā）才研究MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼中P含（hán）量（liàng）的影響。實驗結（jié）果表明：當（dāng）澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量（liàng）大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含（hán）量，鋼中P含量僅有小幅度降低。
耐火材料（liào）對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯（xiǎn）著增C，當同一製品第二次使（shǐ）用時，鋼水僅發生輕（qīng）微增C。
耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結（jié）劑會對鋼水中的H含量（liàng）產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機（jī）粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低（dī）鋼水的吸H量。
耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的（de）影響（xiǎng）：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（bāo）之（zhī）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（rén）研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化（huà）的影響，實（shí）驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性（xìng）耐火材料均使（shǐ）鋼水夾雜物（wù）數（shù）量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火（huǒ）材料中的CaO反應（yīng），如CaO與（yǔ）Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化（huà）合物，熔（róng）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（hé）物被吸附鎂鈣質（zhì）耐（nài）火（huǒ）材料表麵，形成保護層，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；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。
鎂鈣質耐火材（cái）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（yòng）鎂鈣磚的抗渣性（xìng）。試驗結果（guǒ）得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵（qīn）蝕和滲透能力比較強。燒成白雲（yún）石磚基質部（bù）分致密程度高（gāo），較不燒白雲石磚（zhuān）具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高（gāo）堿（jiǎn）度渣（zhā）嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低（dī）堿（jiǎn）度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於（yú）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，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層（céng）致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵（qīn）蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕（shí）並滲透作用。
日喀則鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究
鎂（měi）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（gài）碳磚比鎂碳磚具有更好的（de）真空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及（jí）C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵（qīn）蝕和抗剝落性能（néng）越強（qiáng）。
鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑（shū）賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣（zhā）分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕（shí）進行（háng）實驗。實（shí）驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）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，是因（yīn）為在磚的（de）界麵上產（chǎn）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（fèn）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溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗（kàng）酸性（xìng）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（shí）質耐火材料對（duì）潔淨鋼的（de）影響（xiǎng）
潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金（jīn）屬夾雜物不僅數量少，而且（qiě）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，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的（de）整個過程（chéng）中，耐火材料始終與鋼水接觸（chù），一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中（zhōng）的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。
