·256 工程科学学报，第40卷，第3期 1.8 0.5 ☑侵蚀宽度 ☑未添加N220 1.6 口侵蚀深度 20 图添加1%N220 1.4 0.4 12 1.0 0.8 02 0. 02 98大结晶 97电熔 97烧结 96电熔 镁砂 镁泵 镁泵 镁泵 A10A11 Mgo Mgl 图3不同镁砂种类试样经1600℃3h热处理后的抗渣侵蚀宽度 不同配料组成 和深度间 图4不同配料组成的熔渣渗透深度图网 Fig.3 Slag penetration width and depth of different magnesite clink- Fig.4 Slag penetration depth of different batches ers after treatment at 1600C for3h ☑未添加N220 镁碳砖抵抗熔渣渗透、侵蚀等除与镁砂品位和 50 图添加1%N220 结晶尺度相关外，还与镁碳砖的结构有关，即颗粒级 40 配、颗粒间的界面结构等.王长明等图基于Andre- assen公式计算了颗粒级配，并研究了3种镁砂临界 30 粒度和粒度分布系数对低碳镁碳砖常温物理性能、 20 抗氧化性及抗侵蚀性的影响.结果表明：适当的镁 砂临界粒度和颗粒级配可增大石墨与镁砂的接触表 10 面，减缓镁砂高温条件下的热膨胀应力，提高抗侵蚀 性能；并得出临界粒度为3mm时较好.对于临界颗 Al0 All Si0 Sil Mgo Mgl 不同配料组成 粒、石墨含量或防氧化剂不同时，则镁碳砖的结构设 图5不同配料组成的高温抗折强度阿 计也有所不同 Fig.5 Hot rupture of different batches 为强化镁碳砖的抗渗透性，近几年在纳米碳强 化基质方面进行了较多的研究工作.相比常用的石 中常采用大结晶电熔镁砂：碳质量分数一般为 墨等，纳米碳粒度小、比表面积大、反应活性高，其在 10%~12%,抗氧化剂一般为金属铝粉、B,C等.相 引入镁碳砖后可以起到如下强化机制：(1)有助于 比转炉用镁碳砖，精炼钢包渣线镁碳砖的镁砂品位、 形成晶须、纤维或者化合物等，如棒状碳化铝；(2) 结晶尺寸要相对好些 可以更均匀分散在耐火材料的基体中，更好地填充 在目前使用的精炼方式中，使用寿命较短，条件 空隙而强化材料的性能：(3)原位生成相的分布更 最为苛刻、损毁最为严重的是F精炼.一般来讲， 为均匀，较常规的仅添加石墨的材料表现出更高的 LF精炼钢包渣线镁碳砖的使用寿命在15~35次， 抗渣性和高温抗折强度等.Behera等n采用N220 具体情况视具体操作有所不同. 和添加金属A!粉等使低碳镁碳砖表现出很好的抗 图6即为镁碳砖在LF渣线上使用的微观结构. 氧化性和高温强度.如图4~5，镁碳砖试样按照防 从中看出，LF渣线砖使用中也分为反应层、脱碳层 氧化剂添加种类的不同分为了3组，A1粉：AI0、A1; 和原砖层，但是相比较转炉镁碳砖而言，LF渣线镁 Si粉：Si0、Si1:Mg粉：Mg0、Mgl,每组内的0、1分别 碳砖具有以下特点：①LF渣线镁碳砖表面的黏渣量 表示未添加和添加了1%质量分数的纳米炭黑.结 很少，基本上是裸露状态，或仅仅是薄薄一层：②工 果表明：不论添加何种金属抗氧化剂，与常规的含 作面强度很低，镁砂颗粒近似是无黏结；③LF渣在 16%质量分数的石墨的试样相比，含有纳米碳的低碳 砖中的渗透深度很深 镁碳砖在防氧化性和强度等方面具有更优良的性能 镁碳砖的上述使用状况是与LF精炼渣及操作 2.1.2精炼钢包渣线用镁碳砖 工艺相联系的.LF精炼渣的主要成分（典型值，质 钢包渣线镁碳砖的骨料一般采用电熔97.5 量分数)为Ca058.24%,AL,0333.42%,Si02 (Mg0质量分数≥97.5%)、98(Mg0质量分数≥ 15.28%,F01.75%等：这种成分的LF渣在常温下 98%)的普通电熔镁砂，而在使用条件苛刻的精炼 为粉状，无法在镁碳砖工作面形成封闭保护层，镁碳工程科学学报，第 40 卷，第 3 期 图 3 不同镁砂种类试样经 1600 ℃ 3 h 热处理后的抗渣侵蚀宽度 和深度［15］ Fig． 3 Slag penetration width and depth of different magnesite clink￾ers after treatment at 1600 ℃ for 3 h［15］ 镁碳砖抵抗熔渣渗透、侵蚀等除与镁砂品位和 结晶尺度相关外，还与镁碳砖的结构有关，即颗粒级 配、颗粒间的界面结构等． 王长明等［18］基于 Andre￾assen 公式计算了颗粒级配，并研究了 3 种镁砂临界 粒度和粒度分布系数对低碳镁碳砖常温物理性能、 抗氧化性及抗侵蚀性的影响． 结果表明: 适当的镁 砂临界粒度和颗粒级配可增大石墨与镁砂的接触表 面，减缓镁砂高温条件下的热膨胀应力，提高抗侵蚀 性能; 并得出临界粒度为 3 mm 时较好． 对于临界颗 粒、石墨含量或防氧化剂不同时，则镁碳砖的结构设 计也有所不同． 为强化镁碳砖的抗渗透性，近几年在纳米碳强 化基质方面进行了较多的研究工作． 相比常用的石 墨等，纳米碳粒度小、比表面积大、反应活性高，其在 引入镁碳砖后可以起到如下强化机制: ( 1) 有助于 形成晶须、纤维或者化合物等，如棒状碳化铝; ( 2) 可以更均匀分散在耐火材料的基体中，更好地填充 空隙而强化材料的性能; ( 3) 原位生成相的分布更 为均匀，较常规的仅添加石墨的材料表现出更高的 抗渣性和高温抗折强度等． Behera 等［19］采用 N220 和添加金属 Al 粉等使低碳镁碳砖表现出很好的抗 氧化性和高温强度． 如图 4 ～ 5，镁碳砖试样按照防 氧化剂添加种类的不同分为了 3 组，Al 粉: Al0、Al1; Si 粉: Si0、Si1; Mg 粉: Mg0、Mg1，每组内的 0、1 分别 表示未添加和添加了 1% 质量分数的纳米炭黑． 结 果表明: 不论添加何种金属抗氧化剂，与常规的含 16%质量分数的石墨的试样相比，含有纳米碳的低碳 镁碳砖在防氧化性和强度等方面具有更优良的性能． 2. 1. 2 精炼钢包渣线用镁碳砖 钢包渣线镁碳砖的骨料一般采用电熔 97. 5 ( MgO 质量分数≥97. 5% ) 、98 ( MgO 质量分数≥ 98% ) 的普通电熔镁砂，而在使用条件苛刻的精炼 图 4 不同配料组成的熔渣渗透深度图［19］ Fig． 4 Slag penetration depth of different batches［19］ 图 5 不同配料组成的高温抗折强度［19］ Fig． 5 Hot rupture of different batches［19］ 中常采用大结晶电熔镁砂; 碳质量分数一般为 10% ～ 12% ，抗氧化剂一般为金属铝粉、B4C 等． 相 比转炉用镁碳砖，精炼钢包渣线镁碳砖的镁砂品位、 结晶尺寸要相对好些． 在目前使用的精炼方式中，使用寿命较短，条件 最为苛刻、损毁最为严重的是 LF 精炼． 一般来讲， LF 精炼钢包渣线镁碳砖的使用寿命在 15 ～ 35 次， 具体情况视具体操作有所不同． 图 6 即为镁碳砖在 LF 渣线上使用的微观结构． 从中看出，LF 渣线砖使用中也分为反应层、脱碳层 和原砖层，但是相比较转炉镁碳砖而言，LF 渣线镁 碳砖具有以下特点: ①LF 渣线镁碳砖表面的黏渣量 很少，基本上是裸露状态，或仅仅是薄薄一层; ②工 作面强度很低，镁砂颗粒近似是无黏结; ③LF 渣在 砖中的渗透深度很深． 镁碳砖的上述使用状况是与 LF 精炼渣及操作 工艺相联系的． LF 精炼渣的主要成分( 典型值，质 量 分 数 ) 为 CaO 58. 24% ，Al2O3 33. 42% ，SiO2 15. 28% ，FeO 1. 75% 等; 这种成分的 LF 渣在常温下 为粉状，无法在镁碳砖工作面形成封闭保护层，镁碳 · 652 ·