镁盾的应用实践、理论探索与研究方向

郜剑英 刘春峰

镁盾是益瑞石公司生产的一种Al₂O₃-MgO-CaO系合成材料，主要由镁铝尖晶石（72%）和铝酸钙相（28%）组成，显微结构特征表现为微孔多孔、微晶尖晶石和铝酸钙相弥散分布。自2018年在市场上推广以来，已经在含碳材料和不定形耐火材料中得到了广泛而成功的应用。目前主要的应用可归纳如下：

n 加入2.5%镁盾，解决了钢包渣线MgO-C砖工作衬的开裂和砖缝扩展问题；

n 加入5.0%镁盾，解决了钢包熔池MgO-C、Al₂O₃-MgO-C、MgO-Al₂O₃-C、MgO-CaO-C砖工作衬常见的开裂、剥落、拉沟、"枪眼"、快速蚀损等问题；

n 加入2.5%镁盾，解决了含碳中间包干式料的剥落问题；

n 加入4.0%镁盾，解决了MgO-C质水口渣线和尖晶石-碳质塞棒头的局部侵蚀导致提前下线的问题；

n 优化成本：部分或全部取代含碳材料中的金属抗氧化剂；

n 改善钢液洁净度：加入镁盾，可以降低钢液中夹杂物的含量、减小夹杂物的尺寸；

n 加入8.0%镁盾，解决了钢包熔池Al₂O₃-MgO浇注料开裂、剥落的问题；

n 加入8.0%镁盾，显著延长了刚玉-尖晶石预制件（透气砖座砖、CAS-OB罩）的服役寿命；

n 加入2.0%镁盾，改善了冶炼洁净钢的无碳刚玉-尖晶石预制块抗热震性能，使用寿命提高20%；

n 加入10%镁盾，改善了钢包喷补料与残衬之间的结合性能，提高了服役寿命。

关于镁盾的工作机理，益瑞石研究人员认为，在含碳材料中，镁盾的主要工作机理为：（1）在原砖层，镁盾吸附SiO₂形成尖晶石和高粘度液相复合结构，使得颗粒具备了一定程度的"塑性"，从而可以缓减镁碳砖内部应力；（2）在脱碳层，液相粘度降低，在毛细管里作用下渗入基质，起到封闭气孔、阻塞氧扩散通道、阻止深入氧化的作用；（3）在与熔渣接触面，微晶尖晶石迅速溶解，提高了熔渣粘度，在热面形成保护层。在无碳刚玉-尖晶石（或镁砂）浇注料和预制块中，镁盾的主要工作机理为：（1）通过镁盾颗粒本身向浇注料中引入尺度可控的微孔；（2）同在含碳材料中一样，镁盾颗粒吸附SiO₂使得颗粒具备了一定的"塑性"；（3）与基质中的氧化铝反应生成环绕镁盾颗粒的六铝酸钙环带，这些都会起到缓减应力集中、钝化裂纹扩展的作用，从而改善了抗热震性能和抗剥落能力。另外，微晶尖晶石的引入会起到改善抗渣渗透和侵蚀的能力。

对镁盾作用的研究还有大量的工作亟待开展。益瑞石计划与高校和客户共同开展以下合作研究工作：①镁盾对镁砂和石墨的中杂质的吸附行为与效果评估；②镁盾对钢水"洁净化"效果的应用评估；③镁盾对熔池低碳镁碳砖性能影响的应用评估。