姚华柏等：镁碳砖的研究现状与发展趋势 ·255· 质量分数≥97%)或电熔镁砂98(Mg0质量分数≥ 渣层的D、C相性质相近，相比之下，他们都多了一 98%),碳质量分数一般为12%~16%，抗氧化剂一 些MgO,尤其是A相还固溶了一些Si、Al元素.从A 般为金属铝粉、金属硅粉等.转炉镁碳砖的碳含量 相在侵蚀区域的分布数量可以看出，低熔点2Ca0·Si02 相对较高，主要着眼于提高抗渗透性和耐剥落性. 溶入于Mg0晶界并与Mg0层微量杂质元素的化学 由于转炉渣黏度较高，镁碳砖在使用过程中一 反应，对镁质耐火材料的溶蚀起到了主要作用.综 般会在工作端形成炉渣层、反应层、脱碳层和原砖层 上所述，对转炉镁碳砖性能改进的研究主要集中在 等结构园，如图1.转炉镁碳砖在使用中除承受钢 镁砂、防氧化剂和微观结构等方面 水搅拌和冲击所带来的机械损毁外，主要是熔渣的 熔渣层 D-C.S D-C.F 渗透和侵蚀。由于转炉为吹氧操作，且渣中含有较 多的ΣFeO,因此，镁碳砖工作端的碳很容易被氧化 而形成脱碳层，结构疏松的脱碳层很容易被熔渣渗 B-(Mg.Fe)O 透，形成反应层.而F,0的存在使熔渣与镁碳砖表 面形成Mg(Fe)O或MgFe2O3等的黏接层，由此形成 了层带结构 侵蚀区域 意史 50μm 渣复盖层 反应层 图2转炉渣渗入到方镁石晶界处 Fig.2 SEM image of periclase crystal boundary with permeated con- 基质<00O了 0 脱碳层 0`、',M品c砖°。0 verter slagud 6880°0.86 oMg0颗粒 方镁石结晶尺度和镁砂品位是影响镁碳砖抵抗 ·o0g 侵蚀性的关键因素之一.尹明强等的选用四种不 图1转炉镁碳砖工作端示意图国 同的镁砂研究了种类及其临界粒度对低碳镁碳砖性 Fig.1 Diagrammatic sketch of Mgo-C bricks in converter 能的影响，镁砂的理化性能见表1.结果表明：电熔 转炉渣除沿着气孔和脱碳层渗入、损毁镁碳砖 镁砂纯度高、方镁石结品尺度大，则试样的体积稳定 外，还沿着方镁石的晶界渗入而解离镁砂颗粒，如图 性和抗渣性能就越好，如图3.镁砂中的杂质成分 2,熔渣层中主要存在2Ca0·Si0,和2Ca0·Fe,O2两 Ca0、Fe203、Al,0,和Si02等一般存在于方镁石的晶 相，即C和D相；侵蚀区域主要矿物为A、B和E,其 界处，而熔渣主要沿晶界渗入，这也就是为什么镁砂 中B为固溶了Fe0的(Mg、Fe)O相，A、E分别与熔 品位低的镁碳砖的抗侵蚀性能相对较差的原因. 表1镁砂理化性能指标的 Table 1 Physicochemical property of magnesite clinker 质量分数/% 体积密度/ 显气孔率/ 镁砂种类 Mgo Ca0 Si02 Fe203 灼减量 (g.cm-3) % 98大结品电熔 98.01 0.83 0.38 0.32 0.16 3.50 1.4 97电熔 97.08 1.50 0.77 0.35 0.20 3.52 1.5 97烧结 97.23 1.02 0.41 0.50 0.16 3.32 2.8 96电熔 96.51 1.24 1.39 0.41 0.25 3.49 1.5 另外，镁砂中杂质Ca0/SiO2(C/S)比值也很关 碳砖大都采用质量分数98%的电熔镁砂，而像熔 键.当C/S≤2且含量较高时，低熔点的硅酸盐包裹 池、炉帽等部位的原料可以相对降低一些.一般讲， 在方镁石晶体周围；当C/S≥2时，硅酸盐呈孤立状 在熔渣侵蚀严重，要求苛刻的部位通常选择品位较 存在于方镁石晶粒晶界，方镁石晶体则彼此直接结 高，结晶尺度较大的镁砂，像杭文明与王远林m在 合，高温性能较好：以该镁砂制备的镁碳砖的抗熔渣 其发明的一种新型转炉自动挡渣滑动水口中就选用 侵蚀性也较好.因此，转炉镁碳砖一般选用C/S 了98%电熔镁砂.另外，电熔镁砂的临界粒度增加 大于2的电熔镁砂.在转炉兑铁侧、耳轴或渣线镁 也可以改善镁碳砖的抗渣性能，但要颗粒级配合适姚华柏等: 镁碳砖的研究现状与发展趋势 质量分数≥97% ) 或电熔镁砂 98( MgO 质量分数≥ 98% ) ，碳质量分数一般为 12% ～ 16% ，抗氧化剂一 般为金属铝粉、金属硅粉等． 转炉镁碳砖的碳含量 相对较高，主要着眼于提高抗渗透性和耐剥落性． 由于转炉渣黏度较高，镁碳砖在使用过程中一 般会在工作端形成炉渣层、反应层、脱碳层和原砖层 等结构［13］，如图 1． 转炉镁碳砖在使用中除承受钢 水搅拌和冲击所带来的机械损毁外，主要是熔渣的 渗透和侵蚀． 由于转炉为吹氧操作，且渣中含有较 多的 ΣFexO，因此，镁碳砖工作端的碳很容易被氧化 而形成脱碳层，结构疏松的脱碳层很容易被熔渣渗 透，形成反应层． 而 FexO 的存在使熔渣与镁碳砖表 面形成 Mg( Fe) O 或 MgFe2O3等的黏接层，由此形成 了层带结构． 图 1 转炉镁碳砖工作端示意图［13］ Fig． 1 Diagrammatic sketch of MgO--C bricks in converter［13］ 转炉渣除沿着气孔和脱碳层渗入、损毁镁碳砖 外，还沿着方镁石的晶界渗入而解离镁砂颗粒，如图 2，熔渣层中主要存在 2CaO·SiO2 和 2CaO·Fe2 O3 两 相，即 C 和 D 相; 侵蚀区域主要矿物为 A、B 和 E，其 中 B 为固溶了 FeO 的 ( Mg、Fe) O 相，A、E 分别与熔 渣层的 D、C 相性质相近，相比之下，他们都多了一 些 MgO，尤其是 A 相还固溶了一些 Si、Al 元素． 从 A 相在侵蚀区域的分布数量可以看出，低熔点2CaO·SiO2 溶入于 MgO 晶界并与 MgO 层微量杂质元素的化学 反应，对镁质耐火材料的溶蚀起到了主要作用． 综 上所述，对转炉镁碳砖性能改进的研究主要集中在 镁砂、防氧化剂和微观结构等方面［14］． 图 2 转炉渣渗入到方镁石晶界处［14］ Fig． 2 SEM image of periclase crystal boundary with permeated con￾verter slag［14］ 方镁石结晶尺度和镁砂品位是影响镁碳砖抵抗 侵蚀性的关键因素之一． 尹明强等［15］选用四种不 同的镁砂研究了种类及其临界粒度对低碳镁碳砖性 能的影响，镁砂的理化性能见表 1． 结果表明: 电熔 镁砂纯度高、方镁石结晶尺度大，则试样的体积稳定 性和抗渣性能就越好，如图 3． 镁砂中的杂质成分 CaO、Fe2O3、Al2O3和 SiO2等一般存在于方镁石的晶 界处，而熔渣主要沿晶界渗入，这也就是为什么镁砂 品位低的镁碳砖的抗侵蚀性能相对较差的原因． 表 1 镁砂理化性能指标［15］ Table 1 Physicochemical property of magnesite clinker［15］ 镁砂种类 质量分数/% MgO CaO SiO2 Fe2O3 灼减量 体积密度/ ( g·cm － 3 ) 显气孔率/ % 98 大结晶电熔 98. 01 0. 83 0. 38 0. 32 0. 16 3. 50 1. 4 97 电熔 97. 08 1. 50 0. 77 0. 35 0. 20 3. 52 1. 5 97 烧结 97. 23 1. 02 0. 41 0. 50 0. 16 3. 32 2. 8 96 电熔 96. 51 1. 24 1. 39 0. 41 0. 25 3. 49 1. 5 另外，镁砂中杂质 CaO / SiO2 ( C / S) 比值也很关 键． 当 C / S≤2 且含量较高时，低熔点的硅酸盐包裹 在方镁石晶体周围; 当 C / S≥2 时，硅酸盐呈孤立状 存在于方镁石晶粒晶界，方镁石晶体则彼此直接结 合，高温性能较好; 以该镁砂制备的镁碳砖的抗熔渣 侵蚀性也较好［16］． 因此，转炉镁碳砖一般选用 C / S 大于 2 的电熔镁砂． 在转炉兑铁侧、耳轴或渣线镁 碳砖大都采用质量分数 98% 的电熔镁砂，而像熔 池、炉帽等部位的原料可以相对降低一些． 一般讲， 在熔渣侵蚀严重，要求苛刻的部位通常选择品位较 高，结晶尺度较大的镁砂，像杭文明与王远林［17］在 其发明的一种新型转炉自动挡渣滑动水口中就选用 了 98% 电熔镁砂． 另外，电熔镁砂的临界粒度增加 也可以改善镁碳砖的抗渣性能，但要颗粒级配合适． · 552 ·