徐平坤
以前，從煉鋼工（gōng）藝的角度（dù）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，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐（nài）火材料（liào）的理論研究和實際試驗，得（dé）出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並（bìng）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（shāo）後的理（lǐ）論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料主要包括白雲石（shí）質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。
其中，白雲石質耐火材料是指全（quán）部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定（dìng）型或不定形耐火材料；鎂白雲石（shí）和鎂鈣質耐（nài）火材料是用（yòng）鎂石（shí）與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質（zhì）製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高（gāo）SiO2熔渣的能力越（yuè）強（qiáng），高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的（de）效果（guǒ）越好，但抗（kàng）水（shuǐ）化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越（yuè）差。因（yīn）此，應該根據爐外精煉等熱工設（shè）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（huà）鋼水（shuǐ）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（hán）量（liàng）要求嚴（yán）格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及（jí）夾雜（zá）物以及脫氣、調整化學成分和均（jun1）勻化等（děng）。鎂鈣質（zhì）耐火材料中的遊離（lí）CaO，易與鋼水中的S、P等雜質（zhì）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的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉（liàn）潔（jié）淨（jìng）鋼、純（chún）淨鋼、特殊鋼等設備的耐火（huǒ）材料。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（yún）石質耐火材料進行了許多試驗研（yán）究，取得了很好（hǎo）的結果。
MgO在真空條件下（xià）容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影（yǐng）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質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐（nài）火材料更合適。
鋼水中的脫S反應中（zhōng），要使鋼水S含（hán）量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣（zhā），並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢（shì）盡可能低（dī）的耐火材料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣（qì）態存在（zài），在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小（xiǎo），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（zhōng）采用CaO含量高即（jí）堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料（liào）同樣也有利（lì）脫（tuō）P。
鎂鈣質耐火材料（liào）的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐（nài）火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成（chéng）保護層，從而抑製熔（róng）渣的滲透。
關於H含量（liàng）的（de）問（wèn）題，采用真空精煉，其H主要來自熔（róng）渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期（qī）烘烤，充分排（pái）除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。
鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料對鋼水性能的影響
耐火材（cái）料對鋼中氧含量的影響：王（wáng）龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中（zhōng）的CaO熱（rè）力（lì）學穩定性高，具有很低的氧平（píng）衡分壓，在鋼水（shuǐ）中的溶（róng）解度很小，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（yǐng）響：田琳等人試驗研究鎂（měi）鈣磚（zhuān）與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。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（shí）質鋼包（bāo）內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能（néng）力（lì），另一方（fāng）麵可以避（bì）免強還原條件下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度（dù）消耗。
耐火材料（liào）對鋼（gāng）中P含量的影響：匡加才（cái）研（yán）究MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中P含量（liàng）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（jiàng）低。
耐火（huǒ）材料對鋼水碳含量的影響：實驗（yàn）表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著（zhe）增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。
耐火材（cái）料對鋼中H(氫)含（hán）量的影響：耐（nài）火材料中的水分以及其中（zhōng）的有（yǒu）機粘結劑會對鋼（gāng）水中的H含量產生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管（guǎn）保護主流時（shí），有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘（hōng）烤，能有效（xiào）地降低鋼水的吸H量。
耐火材料對鋼中（zhōng）N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含（hán）量很低，近年來氮（dàn）化物在耐火材料中應用受到關（guān）注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的（de）增N量在鋼包與中（zhōng）間包之間，保護套管（guǎn）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（jiá）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（gāng）水潔淨（jìng）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使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材（cái）料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點（diǎn）約為1400℃左右，可有效地去（qù）除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸（suān）三（sān）鈣)高熔點化合物被（bèi）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（huǒ）材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂（měi）鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾（jiá）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（xiù）鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性（xìng）。試驗結果得（dé）出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能力比（bǐ）較強。燒成白雲石磚基質部分致（zhì）密程度高，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堿度渣嚴重得多。相（xiàng）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含量高的燒成鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好（hǎo）的抵抗高堿度熔（róng）渣的侵蝕和（hé）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（mì）化而有效抑製熔渣的滲透。低堿（jiǎn）度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是（shì）熔渣對基質的強溶蝕並滲透（tòu）作用。
西安鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究
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（gèng）好的真空穩定性、抗熱（rè）震性。鎂（měi）鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越（yuè）好，淨化鋼水的效果也越（yuè）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：崔淑賢等人（rén）采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣（gài）碳磚及鎂碳磚（zhuān）的侵蝕（shí）進行實驗。實驗結（jié）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（chóng）；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在（zài）磚的界（jiè）麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕損（sǔn）率反而分別比MgO—C磚高（gāo）0.4%和1.2%，因（yīn）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（yán）究（jiū）結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和（hé）熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強（qiáng）；而（ér）且磚中的CaO有利於鋼水的脫（tuō）O、脫S、脫P等（děng），適合冶煉鋼的電爐爐襯。
白雲石質耐火（huǒ）材料對潔淨鋼的影響
潔淨鋼係指鋼中（zhōng）有（yǒu）害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含（hán）量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金（jīn）元（yuán）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（yě）煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白（bái）雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。
