李具中，李凤喜
武汉钢铁公司炼钢总厂，武汉430083
魏耀武, 李楠
武汉科技大学耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地，武汉 430081 风泵摘要：通过采用动态抗渣和静态抗渣二种研究方法，结合X-射线衍射分析、电子显微镜和能谱分析和化学
分析等研究手段对某特殊钢用钢包渣线镁碳砖的浸蚀原因进行了分析。结果表明，在静态抗渣条件下，某特
液力离合器
殊钢渣对镁碳砖的浸蚀很小，熔渣沿着材料基质和镁砂晶界的低熔相渗透到了材料的内部。在动态抗渣条件下，熔渣对镁碳砖的浸蚀较为严重。要提高镁碳砖抗某特殊钢渣的浸蚀能力，必须降低镁碳砖中的杂质数量，
优化镁碳砖的基质组成和显微结构。
关键词：某特殊钢，熔渣，镁碳砖，浸蚀
Research of Etching Mg-C Refractories by Steel Residue
Li Juzhong, Li Fengxi
(Wuhan Iron and Steel Company Limited Steel Making Plant, WuHan, 430083)
Wei Yaowu, Li Nan
(WUST’s State Key Laboratory Breeding Base of Refractories and Ceramics WuHan 430083 )
Abstract: By adopting these methods of both dynamic anti-residue and static anti-residue, the reason why certain
special steel can etch Mg-C brick has been analyzed by X-ray diffraction, electron microscope, energy spectrum
analysis and chemistry analysis. In conclusion, certain special steel etching Mg-C brick in static cond
ition is less
than in dynamic condition. To improve the ability to anti-etching of Mg-C brick of certain special steel, the
quantity of impurity in Mg-C brick should be lowered, and the composition of Mg-C brick and micro-construction
should be optimized.
Keyword: certain special steel, residue, Mg-C brick, etch
1.前 言
碳耐火材料由于其热震稳定性好、抗熔渣浸蚀性优良而广泛应用于钢铁冶金行业。由于熔渣对石墨的不润湿性，镁碳耐火材料的使用寿命较高，因而它经常用于一些使用条件恶劣的部位如钢包渣线部位已延长钢包内衬的整体使用寿命。[1~4]
当前，武钢炼钢总厂在冶炼某特殊钢时，将 MgO-C砖作为钢包渣线工作层材料。使用过程中发现，冶炼某特殊钢用渣线砖的使用寿命要低于普通钢包渣线砖的使用寿命。本文研究了某特殊钢钢渣对镁碳耐火材料的浸蚀并做了分析和讨论。
2.实验过程
以电熔镁砂颗粒（68wt％）, 电熔镁砂细粉（20wt％）和鳞片石墨（12wt％）为主要原料，原料的化学成分如表1所示。将原料进行混合外加4wt%的酚醛树脂作为结合剂。某特殊钢钢渣的化学成分如表3所示。
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表1 原料的化学成分 (wt.%)
MgO C CaO SiO2Fe2O3LOI 电熔镁砂 98.06 - 0.28 0.32 0.13 0.05
鳞片石墨 - 97.05 - - - -
表2 某特殊钢钢渣的化学成分 (wt.%)
SiO2Al2O3MgO CaO MnO TiO2TFe
39.93 10.21 10.58 32.31 1.12 0.63 2.14
薄膜发电2.1动态抗渣实验将耐火材料的混合料在等静压压机上以200 Mpa 的压力压制成坩埚，坩埚尺寸内径 为φ70mm-80mm，高为230mm。坩埚在 230℃温度下干燥 24 小时。将装有某特殊钢的坩埚放入工业感应炉，周围用镁质材料填充，然后工业感应炉开始通电熔化某特殊钢，待钢样接近完全熔化时，迅速放入某特殊钢钢渣，实验示意图如图1所示。实验过程中保持熔渣表面处于轻微搅动状态，实验时间为150分钟，实验温度 1600℃。
图1 抗渣实验示意图
2.2静态抗渣实验将镁碳砖进行钻孔，孔的内径为φ43mm，高为65mm。镁碳坩埚经过230℃干燥24 小石。再将130 g 某特殊钢钢渣放入坩埚内，然后坩埚连同钢渣一起放入匣钵内并用焦炭覆盖送入高温炉中于 1600℃保温3小时处理。
实验后，将坩埚沿中心切开，对试验后的试样进行了电镜和能谱分析(JEOL, JXA-8800R)及X－射线分
析(XPERT PRO PW3040 Philips)。对静态实验后坩埚内的残渣进行了X－射线衍射分析。
3.结果与讨论
3.1静态抗渣实验
静态抗渣实验结果如图2所示，从图2中可以看出，在静态抗渣实验条件下，熔渣对镁碳耐火材料浸蚀很小，渗透层几乎观察不到，其实这是由于在静态条件下，熔渣和耐火材料反应达到平衡后，平衡产物将熔渣和耐火材料层隔离，相关反应随之平衡了的原因。
图3 为试验前后钢渣的XRD分析，结果表明渣的主要成分发生了变化，实验前钢渣的主要矿相为钙镁黄长石 (Akermanite)，化学式为：[Ca1.53Na0.51][Mg0.39Al0.41Fe0.16][Si2O7]。实验后，钢渣的化学成分发生了变化，主要矿相由钙铝黄长石(Gehlenite, 化学式为：[Ca1.96Na0.05][Mg0.24Al0.64Fe0.12][Si1.39Al0.61O7])、镁橄榄石(Forsterite, 化学式为：MgSiO4 )和镁铝榴石(Pyrope, 化学式为：[Mg0.151Ca0.849]3Al2[SiO4]3)组成。其主要原因就是镁碳材料中的MgO溶入了渣中并进而和渣中的其它氧化物反应所致。表3为试验后钢渣的化学成分分析。
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图2 静态抗渣实验后坩埚的截面图
图 3 实验前后钢渣的XRD 分析 (左边：原渣，右边: 试验后的残渣)
表 3 试验后钢渣的化学成分分析 (wt.%)
电光调制器
SiO 2Al 2O 3MgO CaO MnO TiO 2
TFe 39.93
11.89
18.08
28.50
异位发酵床0.66
0.2
0.42
图4 抗渣实验后MgO-C 砖的热面SEM 图
实验前后，钢渣化学成分上的一个显著的区别是，实验后钢渣中的MgO 含量增加了近 80%。CaO ，
MnO ，TiO 2 和 TFe 的含量降低了一定量，而 SiO 2 含量没有变化。 分析结果表明镁碳砖中的氧化镁在实验中溶入了钢渣并且和其它成分形成了新的矿相，比如镁橄榄石和镁铝榴石。
图4给出了镁碳砖抗渣实验后热面的SEM 图片，从结果可以看出熔渣以渗透到镁砂晶界内并形成了镁钙硅系混合氧化物低熔相。大的镁砂晶粒被分解成了小的晶粒继而小的晶粒溶入到钢渣中，(点1的化学成分为: MgO 26.60%, SiO 2 40.36% 和CaO 33.05%) 3.2动态抗渣实验
图5给出了动态抗渣实验后，镁碳坩埚的截面图。
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图5 动态抗渣实验后 MgO-C 坩埚的界面图
从动态抗渣后坩埚的截面可以发现，镁碳材料被熔渣的浸蚀严重。图6是镁碳坩埚渣线热面的一个典型照片，从图中可以发现，反应层变得疏松，有钙镁硅低熔氧化物相形成，在反应层中石墨的形态保持依然完好，在显微结构分析中没有发现有脱碳层存在，而且熔渣形成的渗透层极薄，这意味着熔渣对镁碳材料的浸蚀主要是熔损。
动态抗渣后镁碳材料的热面SEM图示
石墨的氧化以及氧化镁在熔渣中的溶解是造成镁碳砖浸蚀的主要原因。从研究中可以看出，熔渣渗透到镁砂晶界中和镁砂反应并形成低熔相，由此造成镁砂在熔渣中的溶解，结果是材料的整体性受到破坏。石墨在一定程度上可以阻止镁砂颗粒和熔渣的接触，镁砂和熔渣接触后会出现熔渣在镁砂晶界中的渗透，镁砂晶粒在熔渣的渗透下会分解成小的镁砂晶粒，由此造成镁砂晶粒的破坏[5]。
一般镁碳砖浸蚀过程中的相关反应如下:
2C(s)+O2(g) → 2CO(g) (1)
C(s)+O2(g) → CO2(g) (2)
MgO(s) → (MgO)slag(3)
(FeO)slag+ C(s) →Fe(l)+CO(g) (4)
(MnO)slag+ C(s) →Mn(l)+CO(g) (5)
式 (4) 和 (5) 表明镁碳砖中的石墨会在熔渣中氧化物的作用下发生氧化 [6]。石墨一旦发生氧化，熔渣会进一步对材料造成浸蚀，熔渣渗透到砖中的成都加剧。
但是，从我们的实验结果中可以看出，熔渣在镁碳材料中的渗透并不明显，石墨在反应层中的形态保持完好，说明造成镁碳砖的浸蚀的主要原因是熔渣对镁砂颗粒的破坏，破坏的途径主要是在镁砂晶界中的渗透和对镁砂晶粒的分解，熔渣和方镁石反应并在晶界中形成低熔相，由此造成材料的破坏。当然，位于反应层表面的一部分石墨也会在熔渣中氧化物的作用下会被氧化，由此加剧了熔渣对镁砂的浸蚀。被浸蚀
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的镁砂随着低熔相一起在渣液的搅动作用下流失到渣中，造成镁碳材料的熔损。
4.结 论
MgO-C砖在静态抗渣实验条件下具有良好的抵抗熔渣浸蚀的能力，其中的方镁石会向熔渣中进行溶解，随着时间的延长溶解反应而达到平衡，方镁石的溶解随之停止。但是在动态抗渣实验条件下，搅动的熔渣对镁碳材料的浸蚀严重。熔渣渗透到镁砂晶界中，造成镁砂晶粒的分解，分解过程中形成的小晶粒会流失到熔渣中，由此破坏了镁碳材料的整体结构。同时，位于反应层的一部分石墨会被熔渣中的氧化物所氧化，进而加剧了熔渣对镁碳材料的浸蚀。
要提高镁碳材料的抗渣性能，应该提高镁砂的纯度，用于生产渣线镁碳砖的镁砂应该是结晶情况良好，
而且晶界内的杂质含量要尽可能的低。同时，镁碳砖中的石墨含量应该控制在合适的范围内，在抗渣性能和热震稳定性能方面做一个平衡，因为石墨易于氧化，如空气中的氧和熔渣中的氧化物对会对它造成它的氧化。由此会破坏镁碳复合材料的整体性能。
双面发光字参考文献:
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5. W.S. Resende , R.M. Stoll,etal, Key features of alumina/magnesia/graphite refractories for steel ladle lining. Journal of the European Ceramic Society 20 (2000): 1419-1427.
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