姚华柏等：镁碳砖的研究现状与发展趋势 ·257· 砖处于无保护状态，因此，镁碳砖氧化、脱碳比较严 重.LF渣高温下黏度比较低，在脱碳层中的渗透能 力很强，而且对氧化镁具有较高的溶解性，同时，熔 渣容易渗入到方镁石的晶界处离解镁砂颗粒如，如 图7（图中S,为渣：T为三块交汇处），因此，LF渣线 镁碳砖的使用寿命都是比较低的 600 500m 2067 8m 图7熔渣沿者方镁石晶界渗入) Fig.7 Penetration of molten slags along the periclase crystal bounda- 尔比尽量大于2，这样处于方镁石晶界的物相为 2Ca0Si02、3Ca0·Si0,等，可尽量避免CaMg(Si0,)、 (Mn,Ca)(SiO3)等低熔点组分形成，也可有效抑制 熔渣沿方镁石晶界的侵蚀网.王爱明等选用了 低硅高钙电熔镁砂(Mg0质量分数97.70%)研究其 对钢包渣线镁碳砖性能的影响，其高温强度明显优 图6F精炼钢渣渣线镁碳砖的微观结构P四 于原镁碳砖，对增强其抵抗熔渣的机械冲刷性能非 Fig.6 Interface microstructure between Mg0-C bricks and LF re- fined slag line 常重要，其改进前后的性能指标对比见表2.目前， 在使用条件比较苛刻的LF精炼中，尤其后续进行 为强化抵抗熔渣的侵蚀性能，镁砂的性能非常 VD处理的钢包渣线，其镁砂一般都用大结晶电熔 关键.沈平等0系统地研究了镁碳砖在LF精炼钢 镁砂.另外，在LF操作苛刻的钢包渣线中也常用大 包渣线服役时的损毁机理，结果表明熔渣易对MgO 结晶电熔镁砂：该镁砂的方镁石结晶尺寸都很大，一 晶粒尺寸较小的骨料进行侵蚀，并沿着方镁石晶界 般都大于镁碳砖中的镁砂颗粒尺寸，因此，在镁碳砖 渗入Mg0骨料内部并造成骨料的解理.因此，渣线 中的镁砂颗粒基本上没有方镁石晶界，这样就达到 镁碳砖一般选用97%以上的电熔镁砂；该镁砂的方 了减少熔渣沿方镁石晶界的蚀损的结果，但是成本 镁石结晶一般比较大.此外，一般要求Ca0/SiO2摩 要高出较多则 表2改进后镁碳砖与原来镁碳砖性能指标对比四 Table 2 Property comparison of modified and original Mgo-C bricks 显气孔率/ 体积密度1 耐压强度 高温抗折强度MPa 脱碳层厚度/mm 镁碳砖 会 (g-cm-3) MPa (1400℃3h) (1600℃3h) 改进前 3.21 2.98 41.3 9.8 5~6 改进后 2.82 3.02 42.6 14.2 24 镁碳砖抵抗熔渣的侵蚀，除与镁砂性能有关外， 是非常关键的.欧阳军华等函研究了石墨粒度对 还与镁碳砖的组织结构密切相关：致密而具有很好 低碳镁碳砖性能影响时发现，用细石墨取代粗石墨 应力匹配的结构则会具有相对较好的抗侵蚀性能 则明显提高了镁碳砖的物理性能、抗氧化性和热震 而这除与颗粒的最紧密堆积有关外，最主要的就是 稳定性等：这主要是因为颗粒较小的石墨氧化后留 石墨的特性、含量和分布等. 下的孔洞较小，减缓了氧化速度，另外细石墨比表面 由于方镁石热膨胀系数比较大（在0~1500℃， 较大，容易形成改善材料性能的网络结构.Zhu 线膨胀系数a=14~15×106K1)2,则镁砂颗粒 等网利用膨胀石墨的特性并将其引入到镁碳砖中， 在冷热循环过程中会产生很大的膨胀应力和体积效 在基质中生成了较多的网状A山，C和层状AN结 应，因此，如何通过控制石墨粒度、分布等来形成抑 构，使得材料的强度和韧性得以提高，如图8 制熔渣渗入的组织结构等，这对镁碳砖的性能提升 为强化钢包渣线镁碳砖的使用性能，目前在碳姚华柏等: 镁碳砖的研究现状与发展趋势 砖处于无保护状态，因此，镁碳砖氧化、脱碳比较严 重． LF 渣高温下黏度比较低，在脱碳层中的渗透能 力很强，而且对氧化镁具有较高的溶解性，同时，熔 渣容易渗入到方镁石的晶界处离解镁砂颗粒［21］，如 图 7( 图中 SA为渣; TA为三块交汇处) ，因此，LF 渣线 镁碳砖的使用寿命都是比较低的． 图 6 LF 精炼钢渣渣线镁碳砖的微观结构［20］ Fig． 6 Interface microstructure between MgO--C bricks and LF re￾fined slag line［20］ 为强化抵抗熔渣的侵蚀性能，镁砂的性能非常 关键． 沈平等［20］系统地研究了镁碳砖在 LF 精炼钢 包渣线服役时的损毁机理，结果表明熔渣易对 MgO 晶粒尺寸较小的骨料进行侵蚀，并沿着方镁石晶界 渗入 MgO 骨料内部并造成骨料的解理． 因此，渣线 镁碳砖一般选用 97% 以上的电熔镁砂; 该镁砂的方 镁石结晶一般比较大． 此外，一般要求 CaO / SiO2摩 图 7 熔渣沿着方镁石晶界渗入［21］ Fig． 7 Penetration of molten slags along the periclase crystal bounda￾ry［21］ 尔比尽量大于 2，这样处于方镁石晶界的物相为 2CaO·SiO2、3CaO·SiO2等，可尽量避免 CaMg( SiO4 ) 、 ( Mn，Ca) ( SiO3 ) 等低熔点组分形成，也可有效抑制 熔渣沿方镁石晶界的侵蚀［22］． 王爱明等［23］选用了 低硅高钙电熔镁砂( MgO 质量分数 97. 70% ) 研究其 对钢包渣线镁碳砖性能的影响，其高温强度明显优 于原镁碳砖，对增强其抵抗熔渣的机械冲刷性能非 常重要，其改进前后的性能指标对比见表 2． 目前， 在使用条件比较苛刻的 LF 精炼中，尤其后续进行 VD 处理的钢包渣线，其镁砂一般都用大结晶电熔 镁砂． 另外，在 LF 操作苛刻的钢包渣线中也常用大 结晶电熔镁砂; 该镁砂的方镁石结晶尺寸都很大，一 般都大于镁碳砖中的镁砂颗粒尺寸，因此，在镁碳砖 中的镁砂颗粒基本上没有方镁石晶界，这样就达到 了减少熔渣沿方镁石晶界的蚀损的结果，但是成本 要高出较多［24］． 表 2 改进后镁碳砖与原来镁碳砖性能指标对比［23］ Table 2 Property comparison of modified and original MgO--C bricks［23］ 镁碳砖 显气孔率/ % 体积密度/ ( g·cm － 3 ) 耐压强度/ MPa 高温抗折强度/MPa ( 1400 ℃ 3 h) 脱碳层厚度/mm ( 1600 ℃ 3 h) 改进前 3. 21 2. 98 41. 3 9. 8 5 ～ 6 改进后 2. 82 3. 02 42. 6 14. 2 2 ～ 4 镁碳砖抵抗熔渣的侵蚀，除与镁砂性能有关外， 还与镁碳砖的组织结构密切相关; 致密而具有很好 应力匹配的结构则会具有相对较好的抗侵蚀性能． 而这除与颗粒的最紧密堆积有关外，最主要的就是 石墨的特性、含量和分布等． 由于方镁石热膨胀系数比较大( 在 0 ～ 1500 ℃， 线膨胀系数 α = 14 ～ 15 × 10 － 6 K － 1 ) ［25］，则镁砂颗粒 在冷热循环过程中会产生很大的膨胀应力和体积效 应，因此，如何通过控制石墨粒度、分布等来形成抑 制熔渣渗入的组织结构等，这对镁碳砖的性能提升 是非常关键的． 欧阳军华等［26］研究了石墨粒度对 低碳镁碳砖性能影响时发现，用细石墨取代粗石墨 则明显提高了镁碳砖的物理性能、抗氧化性和热震 稳定性等; 这主要是因为颗粒较小的石墨氧化后留 下的孔洞较小，减缓了氧化速度，另外细石墨比表面 较大，容易形成改善材料性能的网络结构． Zhu 等［27］利用膨胀石墨的特性并将其引入到镁碳砖中， 在基质中生成了较多的网状 Al4 C3 和层状 AlN 结 构，使得材料的强度和韧性得以提高，如图 8． 为强化钢包渣线镁碳砖的使用性能，目前在碳 · 752 ·