低炭MgO-C质耐火材料的抗熔渣侵蚀行为­

　　李林1，2)洪彦若1)孙加林1)彭小艳2)贺智勇2) 于力2)

　　­1)北京科技大学材料科学与土程学院北京100083

　　­2)钢铁研究总院

­摘 要 以碱度为3. 0和1. 0的钢渣对石墨含量­(ω)为0,2% ,4% ,6%和12%的MgO–C质试样进行­了回转抗渣试验，并对侵蚀后试样进行了SEM, EDAX­和EPMA分析。结果表明:当石墨含量(ω) ≤6%时，­试样在两种渣中的侵蚀深度都随石墨含量的增加而­减小，而当石墨含量(ω)达到12%时，其侵蚀深度又­都增加;碱度1.0的渣对石墨含量(ω),6%的MgO–C材料的侵蚀严重，而碱度3. 0的渣对石墨含量­(ω)为12%的MgO–C材料的侵蚀严重;低碱度渣中­Si , Fe对MgO致密层的熔损比高碱度渣中的严重。­

关键词 低炭镁炭质耐火材料，抗渣侵蚀性，侵蚀­机理­

低炭MgO–C材料强度高，耐钢液冲刷，特别适合­在钢液冲刷剧烈的部位使用。有关含炭耐火材料在钢­液一熔渣交界处局部侵蚀的问题，己经有过一些研究­报道[1~6]，但这些研究往往集中在炭含量在10%~­30%范围内的MgO–C材料上，至于低炭MgO–C材­料的抗渣性如何，却未见报道。因此，研究低炭­MgO–C材料的抗渣侵蚀性是十分有意义的。

1试验

­1. 1试样的制备­

制备试样的主要原料为ω(MgO) > 98. 5%的电­熔镁砂和ω(C) >99.0%的天然鳞片状石墨，结合剂­和固化剂分别采用热塑性酚醛树脂和六次甲基四胺，­抗氧化剂则选用铝粉和B4C粉。

按表1所示的配比进行配料，用500t油压机将混合料压制成上底宽38~40 mm，下底宽75 mm，高50mm，长230 mm的楔形试样，经200 ℃12 h热处理后，测试试样的物理性能指标(见表2)。­

 

1.2抗渣侵蚀试验­

侵蚀试验采用碱度(即C/S)分别为3.0和1.0的­两种渣。渣的化学组成见表3。­

抗渣试验采用回转炉侵蚀法。抗渣试验装置示­意图见图1。­

以10块试样组成一个断面呈多面形的试验镶­板，作为回转炉的内衬，并在试样和金属炉壳之间砌­筑一层硅酸铝纤维隔热材料。采用乙炔–氧焰进行­加热，试验条件为1700℃4h。试验结束后测量各试­样的侵蚀深度，并采用SEM,EDAX和EPMA等方法对侵蚀后试样的显微结构和物相进行分析。­

2结果与讨论­

2. 1石墨含量对试样抗渣侵蚀性能的影响­

不同碱度的渣对石墨含量不同的MgO–C试样­的侵蚀情况见图2。­

从图2(a)中可以看出，对高碱度(C/S =3.0)渣，­G1~G4试样的抗渣侵蚀性能相差无几，而石墨含量­为12%的G5试样的抗渣侵蚀性相对差些。从图2­(b)可以看出，对低碱度(C/S = 1. 0)渣，没有加入石­墨的G1试样和加入2%石墨的G2试样的抗渣侵蚀­性能较差，试样熔损量较大，并出现大的裂纹;石墨含­量为4%的G3试样的抗渣侵蚀性能较好，但其中部­也己出现明显裂纹;而加入6%石墨的G4试样和加­入12%石墨的G5试样的抗渣侵蚀性能比较好，且G4­试样的熔损量比G5试样的小。由此可见，加入6%­石墨的G4试样的抗低碱度渣侵蚀的性能最好。­

图3示出了试样的侵蚀深度与石墨含量及渣碱­度的关系。可以看出:1)当石墨含量≤6%时，试样被­两种渣侵蚀的深度都随石墨含量的增加而减小，而当­石墨含量达到12%时，其侵蚀深度又都增加;2)当石­墨含量≤6%时，试样被低碱度渣侵蚀的深度明显大于被高碱度渣侵蚀的深度，而当石墨含量达到12%­时则相反。­

在实际使用过程中，钢渣的碱度是不断变化的。­冶炼初期碱度较低，而在造渣过程中碱度不断升高。­考虑到这一情况，石墨含量为6%的试样在实际使用­过程中的抗渣侵蚀性能应该最好。­

熔渣对MgO的润湿性很好，但对石墨的润湿性­很差，因此，含有适量石墨的MgO–C材料的抗渣侵­蚀性能较好。但是，由十炭含量高的材料的抗氧化性­能比炭含量低的差，氧化后组织结构更疏松，因此，炭­含量增加到一定值后，材料的抗渣侵蚀性能将降低。­此外，随着石墨加入量的增加，材料在成型过程中的­弹性后效增大，容易出现层裂，并且显气孔率升高，这­也是造成抗渣侵蚀性随炭含量的升高而下降的主要­原因之一。­

文献[7]报道，降低炭含量可以起到抑制镁炭材­料氧化的作用。这是因为:炭含量降低后，炭与氧反­应的程度降低，氧进入原砖层的通道减小，即缩小了­氧化反应面积;另外，与炭含量高的材料相比，炭含量­低的材料中MgO颗粒之间的间距减小，材料的土作­表面更容易形成富MgO反应层，即氧化后材料的组­织结构得到改善。­

根据文献[8,9]报道，炉渣的碱度对其侵蚀性影­响很大。由十低碱度炉渣中SiO2含量较高，渣的熔点­和粘度较低，因此对MgO–C材料中镁砂品粒的侵蚀­更严重。­

2. 2侵蚀后材料的显微结构和侵蚀机理的分析讨论­

碱度为3. 0的渣对试样G2和G5的侵蚀情况见­图4。图中的1、2、3分别表示渣侵蚀(渗透)部位、­MgO致密层和原砖层。可以看到，在两试样的渣侵蚀­层与原砖层之间均形成了MgO致密层，熔渣对试样­的侵蚀主要表现为对MgO致密层的侵蚀。'1”中的­白色物质即为渣中的含铁矿物，试样的蚀损是随着渣­对MgO致密层的侵蚀而推进的。被渣侵蚀的部位，可以看到大颗粒MgO己被含铁物质侵蚀、剥离，有的­MgO颗粒完全被渣包围。图5为渣侵蚀部位的放大­图。从该图可以清楚地看出熔渣对材料的侵蚀。­

MgO致密层的形成，不仅阻止了熔渣与MgO–C­材料原砖层的直接接触，也阻碍了氧化性气体向原砖­层的输入，因此，能有效地阻止熔渣对MgO–C材料的进一步侵蚀。

一般认为，MgO致密层的形成机理如下:MgO 一­C耐火材料中的MgO和C在较高的温度下发生氧化­–还原反应，生成Mg(g)和CO;向外扩散的Mg(g}­在材料表面重新氧化成MgO并发生沉积，从而形成­MgO致密层[10，11]。反应式如下:­

为了说明渣对MgO–C材料的侵蚀情况，并比较­不同碱度的渣对试样的侵蚀程度，对G3试样进行了­分析。­

图6是覆盖在被侵蚀的G3试样表面的高碱度钢­渣的显微结构与EDAX图谱。根据能谱分析并结合­其形貌，认为图中A点的物相主要是MgO , MgO晶体中掺杂有少量MgFe2 O4。­­

B点的主要元素有Ca, Si和O，说明其主要由­CaO和SiO2组成。从能谱定量分析来看，CaO/SiO2>­4，应该可以形成3CaO · SiO2，而且图中确实看到了­六边形的3 CaO · SiO2，但其主要物相也可能为­2CaO ·SiO2和游离CaO。文献[12]认为，3CaO ·SiO2­在温度低于1250℃时都是半稳定型，在1150~1200℃­时分解为在该温度下稳定的2CaO·SiO2和游离CaO。­

从能谱看，C点含有渣中的各组成儿素，其中含­量最多的是Ca。C点对应的物质看不出品体形态，呈­他形品，成连通相，亦可看作玻璃相，主要的矿物相有­铁铝酸四钙和铁酸二钙。­

图7是覆盖在被侵蚀G3试样表面的低碱度钢渣­的显微结构和EDAX图。­

从能谱来看，a点的主要成分为Mg, Al, Fe和O,­再由其显微结构认定为镁铁尖品石[(Mg·Fe)O·(Al·Fe)2O3]。由能谱定量分析推­定，该尖品石为富铝镁铁尖品石。­

b点属十胶结相，是由CaO, SiO2和MgO主要成­分按一定比例形成的物相，或者一可看作是玻璃相，里­面也有含Mn物质。­

图8和图9示出了被两种渣侵蚀后的G3试样从­侵蚀带到原砖层的儿素面分布。­

可以看到，在土作面，Ca, Si, Fe等元素向MgO致­密层侵入。对比两图可以看出，在碱度为3. 0的渣­中，Si , Fe对MgO致密层的侵入比在碱度为1.0的渣­中要弱，儿素分布比较少，Si, Fe的侵入面积小，侵入­量少，发亮部位颜色弱;在低碱度渣中，Al在土作面的­分布也比较多且集中;相对而言，两图中Ca的分布差­别不大。从前面的侵蚀深度知道，低碱度渣对试样的­侵蚀更严重。从EPMA图看，侵蚀面儿素分布差别主­要体现在Si和Fe的分布上，说明低碱度渣中Si , Fe对­MgO的熔损更严重。Si主要还是位十致密层外面，但­是低碱度渣中Fe的分布己经开始深入MgO致密层内­部，说明Fe对MgO的侵蚀在低碱度下非常严重。

3结论­

(1)当石墨含量(ω) ≤6%时，试样在两种碱度的­渣中的侵蚀深度都随石墨含量的增加而减小，而当石­墨含量(ω)达到12%时，其侵蚀深度又都增加。­

(2)碱度为1. 0的渣对石墨含量(ω) ≤6%的­MgO–C材料的侵蚀更严重，而碱度3. 0的渣对石墨含量(ω)为12%的MgO–C材料的侵蚀更严重。­

(3)低碱度渣中Si , Fe对MgO致密层的熔损比­高碱度渣的更严重。­­­

 

【中国镁质材料网 采编：ZY】