树脂结合MgO-C砖因具有优异的性能而广泛应用在炼钢炉中，但是由于操作条件越来越苛刻，对MgO-C砖的性能做进一步的改善势在必行。最新研究表明，在MgO-C砖中加入Al2O3微粉经热处理后生成原位尖晶石，显著地改善了材料的抗侵蚀性与抗热震性。在此基础上，伊朗的研究人员向低碳MgO-C砖基质中加入不同类型非化学计量组成的尖晶石（富镁尖晶石和富铝尖晶石）以及加入不同类型的Al2O3微粉使其生成原位尖晶石，分别考察了其对MgO-C砖基本物理性能与抗侵蚀性的影响。
    试验所用的主要原料有电熔镁砂（w(MgO)=97.1%）、天然鳞片石墨（w(C)=95%）、活性Al2O3微粉（w(Al2O3)=99.5%）、煅烧Al2O3微粉（w(Al2O3)=99.5%）、板状Al2O3微粉（w(Al2O3)=99.5%）、富镁尖晶石（w(Al2O3)=65%，w(MgO)=34%）和富铝尖晶石（w(Al2O3)=89%，w(MgO)=9%），以酚醛树脂为结合剂。试样的具体配方如表1所示。
表1 试样的基本配方（w）/%
原料 MR MK MT MM MA MC
电熔镁砂 89 89 89 89 89 94
活性Al2O3微粉 5 - - - - -
煅烧Al2O3微粉 - 5 - - - -
板状Al2O3微粉 - - 5 - - -
富镁尖晶石 - - - 5 - -
富铝尖晶石 - - - - 5 -
石墨 6 6 6 6 6 6
    按表1配料，加入酚醛树脂为结合剂，混合均匀后以150 MPa压力在液压机上压制成型为所需试样，在200 ℃下固化24 h。将试样在1 000～1 600 ℃还原气氛下（埋炭）进行碳化，然后根据日本的相关标准测量试样的基本物理性能。采用回转抗渣法测试抗渣侵蚀性：在回转抗渣测试炉（以空气-丙烷为燃料）中装入合成的转炉炉渣，在1 650 ℃进行试验10 h，冷却后对比分析试样的抗渣侵蚀性，其中炉渣的化学组成（w）为：CaO 40.53%、SiO2 13.07%、Al2O3 5.17%、MgO 6.36%、MnO 4.4%、FeO 11.08%，C/S=3.1。
    研究结果显示，1 000～1 600 ℃碳化后，添加活性Al2O3微粉试样（MR）的线变化率都保持最大；MM（添加富镁尖晶石）和MC（无添加剂）试样的线变化率均处于最低水平，但随温度的变化幅度不一样；MK（添加烧结Al2O3微粉）、MT（添加板状Al2O3微粉）和MA（添加富铝尖晶石）试样的线变化率处于中间水平；这主要是因为在MgO-C耐火材料中，除了石墨引起的不可逆膨胀外，Al2O3和MgO反应生成尖晶石是引起膨胀的主要因素，材料中尖晶石的生成速率取决于Al2O3的活性和颗粒尺寸。随温度升高，MC试样的体积密度逐渐增大，显气孔率逐渐降低，MR试样1 600 ℃热处理后的体积密度与显气孔率均略有降低；其他试样体积密度与显气孔率的变化趋势均和线变化率相关，随着尖晶石生成量的增加，膨胀率增大，试样的体积密度减小，显气孔率提高。
    1 000和1 300 ℃碳化后，和其他试样相比，MR试样的常温抗折强度与耐压强度均最低；1 000～1 600 ℃碳化后，MC与MM试样的常温抗折强度与耐压强度均比较大，MA试样次之，MK与MT试样的常温抗折强度与耐压强度均处于较低的水平。这主要是因为加入的Al2O3微粉反应生成尖晶石，产生体积膨胀，使试样的强度降低；低碳MgO-C耐火材料的强度主要是由于氧化物的烧结产生陶瓷结合提供的。
    抗渣试验结果显示，MT与MC试样的抗渣侵蚀性最好，其次是MM试样，MA次之，MR与MK试样的抗侵蚀性最差，这主要是因为所用转炉渣的碱度较高（C/S=3.1），尖晶石抗这类渣侵蚀的能力较差，在低碳MgO-C砖中，不被熔渣润湿的碳含量较低，这就使得材料中氧化物的抗渣侵蚀性对试样整体的抗渣侵蚀性起关键作用，此外，原位生成尖晶石量过多，产生体积膨胀引起大量微裂纹的产生也是试样抗渣性差的关键因素。
    总之，低碳MgO-C砖中原位生成尖晶石的膨胀反应对材料的基本物理性能与抗渣侵蚀性有负面影响作用，要合理控制低碳MgO-C砖中尖晶石的含量，从而改善其基本物理性能与抗渣侵蚀性。
（编译自《UNITECR2009论文集》）