连铸用镁质耐火材料（1）

镁质耐火材料在连铸上主要应用在钢包、中间包、滑板以及水口等方面。

　　

钢包用镁质耐火材料主要有3种。即，低碳MgO-C砖，MgO-Al2O3质无碳砖以及MgO-Al2O3质浇注料。

　　

A、 低碳MgO-C砖

　　

提高低碳MgO-C砖性能的技术措施

 

低碳MgO-C砖的碳含量一般在5%以下，与一般MgO-C砖(C=10~20%)相比，由于碳含量减少，因此，使MgO-C砖的热导率下降、弹性模量增大，从而使其抗热震性能变差。另外，碳含量降低后，使熔渣与耐火材料间的润湿性增强，耐火材料的抗渣浸透性能变差。因此，为了提高低碳MgO-C砖的使用性能，目前主要采取的技术措施如下：

　

(1) 通过改善结合碳的结合结构提高MgO-C砖的热震稳定性;　

 

(2) 通过提高骨料与碳颗粒间的接触频率改善MgO-C砖的抗热震性能和抗渣浸透性能;

　　

(3) 采用高效抗氧化剂保护碳不被氧化。

　　

传统镁碳砖的结合剂多为酚醛树脂，由这种结合剂碳化得到的碳结构呈各向同性玻璃态。因此，使MgO-C砖呈脆性、弹性模量高，抗热震性能降低，同时，MgO-C砖的高温强度也较低。如果在酚醛树脂中引入能够石墨化的碳素前躯体，那么这种复合结合剂在MgO-C砖的使用过程中就会碳化成为具有流动或镶嵌结构的次生碳，或原位形成纳米碳纤维。通过这种碳结构的改善以及纳米碳纤维的形成，可以使低碳MgO-C砖的抗热震性能和高温强度得到明显改善。表1和表2分别示出了使用复合结合剂和纳米结构碳素材料时的低碳MgO-C砖的性能以及与其他耐火材料的对比。图1和图2示出了表2的实验结果。

　　

由表可见，与酚醛树脂结合的MgO-C砖相比，使用复合结合剂的低碳MgO-C砖具有较高的高温抗折强度和较低的热传导率，但其抗渣侵性能和抗热震性能却与含碳量为15%的传统MgO-C砖相当。而与镁铬砖和白云石砖相比，有更好的抗渣浸透性，因此，低碳MgO-C砖可以有效地抵抗结构性剥落。另外，由图可见，通过使用高性能复合树脂，可以使低碳MgO-C砖的抗热震性能、抗氧化性能、抗渣侵性能以及导热性能等比传统MgO-C砖有显著提高。

　　

B、 Al2O3-MgO质浇注料

　　

由于Al2O3-MgO质浇注料中不含碳素材料，因此，如何使基质部分致密化、抑制熔渣向耐火材料内部浸透就变得非常重要。作为使基质部分致密化的技术手段，主要是通过控制浇注料中的某些组成及其含量，使浇注料在使用过程中产生体积膨胀。目前，控制浇注料膨胀量主要是通过氧化镁和二氧化硅微粉的添加量。因此，应该说氧化镁在Al2O3-MgO质浇注料中主要是以添加剂的形式使用的。

　　

图3示出了Al2O3-MgO质浇注料在0.2MPa负荷下加热至1700℃以及在1700℃下保温不同时间时的膨胀率。

 

由图可见，在氧化镁添加量为5~15%时，无论哪个试样其膨胀率均在1300℃~1500℃区间达到最大值，超过此温度后开始收缩。其中，氧化镁添加量为10%和15%试样的膨胀率最大，分别为1.0和1.5%。如果假设基质中的氧化铝均与氧化镁反应生成尖晶石，那么实际上根据计算就可以求得氧化镁的添加量。如果氧化镁的添加量过大，那么过量部分就会同大颗粒氧化铝反应，引起整个组织膨胀。

　　

图4示出了二氧化硅微粉添加量对Al2O3-MgO质浇注料高温膨胀行为的影响。试样中的氧化镁添加量固定为7.5%，二氧化硅微粉的添加量分别为0.2%、0.5%和1.0%。

　　

随着二氧化硅微粉加入量的不同，试样达到最大膨胀率时的温度也随之变化。当二氧化硅添加量为0.2%时，试样达到最大膨胀时的温度为1500℃;超过0.2%时，降低至1300℃。可见，添加二氧化硅微粉，可以促进镁铝尖晶石的生成，而且，随着二氧化硅微粉添加量的增加，尖晶石的生成反应速度加快，膨胀率增加。但是，添加过量的二氧化硅，会促进耐火原料间的烧结反应，使收缩率增加。

　　

由上述研究结果可见，氧化镁和二氧化硅微粉添加量是影响Al2O3-MgO质浇注料高温膨胀性能的主要因素。但从根本上来说，控制Al2O3-MgO质浇注料膨胀率的是MgO/SiO2。图5示出了MgO/SiO2对Al2O3-MgO质浇注料膨胀率的影响。

　　

从控制适宜膨胀率的角度来说，Al2O3-MgO质浇注料中的MgO/SiO2应为4~8。

　　

添加氧化镁的最主要目的是抑制熔渣向耐火材料内部的浸透，以及降低熔渣对耐火材料的侵蚀深度。图6示出了Al2O3-MgO质浇注料中的氧化镁添加量对熔渣浸透深度以及侵蚀深度的影响。