- 金属复合低碳镁碳渣线砖氧化剥落分析
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- 期号 : 2011 年， 第13期
钢铁工业发展洁净钢对炉外精炼钢包用耐火材料尤其是对渣线砖提出更高要求，不仅要求较长的使用寿命，还要求少污染、不污染钢水。现用于钢包渣线的镁碳砖碳含量较高(一般12%～18%)，会造成钢水增碳等负面影响，因此迫切需要研发低碳渣线砖。郑州大学与首都钢铁集团公司(首钢)合作研发的金属Al/Si复合低碳镁碳砖，碳的质量分数降至5%以下，在210 t钢包渣线部位试用成功。本工作对用后残砖进行剖析，研究其不同部位相组成和显微结构的变化，探讨使用损毁过程和原因，并提出今后改进方向。
金属Al/Si复合低碳镁碳砖采用颗粒料为镁砂和镁铝尖晶石，细粉为镁砂细粉、金属铝粉、硅粉、天然鳞片石墨，外加酚醛树脂和抗氧化剂，经混炼、困料、成型，在200 ℃温度下固化处理20 h后制得。表1列出了金属Al/Si复合低碳镁碳砖和现用镁碳砖的理化性能。由表1可知，低碳俄镁碳砖中碳含量降到小于5%仍保持良好的抗热震性，高温强度、抗氧化性和抗渣性都有显著提高。研制的低碳镁碳砖在首钢冶炼品种钢的210吨钢包渣线试用，精炼比在80%以上，精炼温度为1 610～1 680 ℃，渣碱度为4～6，FeO含量为6%～8%。试验砖原厚230 mm，使用53次后，残厚120 mm，平均每炉蚀损厚度2.1 mm/次。选取试验砖用后(120 mm)残砖试样，用XRD进行物相分析，用SEM、EDS进行显微结构观察。
表1 镁碳砖理化性能
项目 |
Al/Si复合低碳镁碳砖 |
现用镁碳砖 | |
|
w（MgO）/% |
83.85 |
76.87 | |
|
w（C）/% |
4.12 |
14.50 | |
|
体积密度/(g·cm-3) |
3.06 |
2.90 | |
|
显气孔率/% |
4.3 |
1.5 | |
|
常温耐压强度/MPa |
111 |
27 | |
|
高温抗折强度(1 400 ℃ 0.5 h)/MPa |
20.7 |
13.1 | |
|
热震残余强度保持率（ΔT＝1 100 ℃，空冷1次）/% |
73% |
55% | |
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氧化层厚度 |
1 100 ℃ 1 h |
1.8 |
8.3 |
|
1 500 ℃ 1 h |
2.1 |
13.8 | |
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蚀损厚度(埋炭 1 600 ℃ 3 h)/mm |
1.3 |
3.3 | |
研究结果：（1)从组成和结构看，金属Al/Si复合低碳MgO-C钢包渣线砖用后残砖(120 mm厚)从冷端到热端，可分为:原砖带(24 mm厚)、原砖渐变带(90 mm厚)和氧化带(6 mm厚)三部分。原砖带的主要特征为:Al、Si均匀分布在方镁石骨架结构中，结合方式以金属结合为主;（2)原砖渐变带的主要特征为:从低温到高温Al、Si逐渐与C和N2原位反应生成碳化物和氮化物，材料的结合方式逐渐转变为非氧化物结合为主。材料的高温力学性能和抗氧化性得到提高;3)氧化带的主要特征为:非氧化物逐渐被氧化，生成镁铝尖晶石和镁橄榄石，结合方式转变为氧化物结合，结构较疏松，抗热震性明显下降;也没有发现有来自炉渣的含CaO和Fe2O3的物质。由此可以认为:金属Al/Si复合低碳MgO-C钢包渣线砖损毁的主要原因是热端工作层氧化后的结构剥落。
（摘编自《材料热处理学报》2011，№5）