20世纪70年代末日本首先在转炉上采用MgO-C砖作为炉衬,因具有良好的使用效果而迅速推广,到目前为止仍居其它材料难以替代的主导位置。MgO-C砖是由抗碱炉渣强的MgO和难以被炉渣侵蚀与润湿的石墨为主要原料制成的复合材料,具有优良的抗侵蚀性和热震稳定性。以下对其损毁主要形式进行讨论。
1炉渣的侵蚀
炉渣的侵蚀是通过镁砂向炉渣的熔解、熔出和石墨的氧化进行的。纯度高、w(CaO)/w(SiO2)高、的镁砂耐侵蚀性好,石墨纯度高、杂质含量低、抗侵蚀性好。镁砂中方镁石晶粒大时耐侵蚀性好,方镁石晶粒小时,由于矿渣从大量的晶界侵润,易于破损,镁砂向炉渣中熔出,耐侵蚀性差;另外,加入金属添加物可提高抗侵蚀性。对镁砂的方镁石粒径和金属添加物对MgO-C砖抗炉渣侵蚀性影响研究显示,加入少量金属添加物能显著提高MgO-C砖的抗侵蚀性,控制镁砂细粉粒度有助于提高抗渣性。
2氧化损毁
石墨难以被熔渣浸润,阻止渣向砖内浸润,能提高抗侵蚀性,但易氧化是其重大缺陷。石墨的氧化主要体现为:与O2和CO2的气体氧化、与熔渣中的铁氧化物等的液体氧化和与MgO的反应。
气相反应主要是由于出钢后冷却或待机修衬维护等过程中卷入空气,使氧气分压较高而发生碳的氧化。在砖表面附有炉渣,有助于保护石墨被氧化,有人研究在1000℃以上砖表面挂有炉渣对石墨的防氧化效果明显,低于1000℃且随着温度的降低保护石墨不被氧化的效果迅速下降。而加入金属(Al、Si、Mg-Al、SiC、B4C)等的添加剂后,高温下由热力学反应自由能分析,金属添加剂首先与O2反应形成氧化物,防止了石墨被氧化。
液体氧化主要是炉渣中铁氧化物(FeO)被还原,而使石墨被氧化形成脱碳层易发生炉渣浸润,与镁砂发生反应,从MgO向炉渣中的熔解度增高和蚀损增大,而造成砖的蚀损严重。
MgO和石墨熔点高,并能在约1800℃以内较稳定地共存。如在砖内部发生MgO与石墨的反应,砖组织会劣化,急剧发生蚀损,日本学者研究实际转炉炉内气份时,在1650℃以上就会出现这些问题。山口等人也研究认为砖内部生成的Mg(g)在工作面附近发生再凝聚氧化,形成致密的氧化镁,但如何才能形成这种氧化镁致密层,以提高MgO-C砖的耐蚀性还有待于进一步研究。
3剥落损毁
含碳材料一般抗剥落性能好,对于间歇操作出现的剥落损毁主要是由于急冷急热造成的热冲击而发生的热应力和来自结构上的不均衡产生龟裂和扩展的机械应力所致。而膨胀性石墨比鳞片石墨对MgO-C砖而言具有更好的抗剥落性能。
4钢水的冲刷与磨损
MgO-C砖强度特别是高温强度越高,受钢水冲刷与磨损量越小,金属铝粉的加入在提高石墨防氧化性能的同时,可显著提高砖的高温强度。另外,对于转炉炉口、炉帽主要是由于熔池部位和炉身部位的砖热膨胀所产生的应力造成剥落和在清除挂钢挂渣时的机械冲击造成的脱落。砌筑时留适当的膨胀缝,用包铁皮砖和抗拉砖实现砖的一体化或在砖缝中夹入铝质膨胀金属,形成熔融结合及采用树脂压入料施工来实现包括部分炉帽在内的全部炉口一体化结构等的形式,可得到改善。对于出钢口用含碳较低的MgO-C砖的损毁主要是高温钢水流的磨损,而间歇过程中石墨的气相氧化会助长磨损。添加防氧化剂金属粉生产抗氧化性和耐磨性好的低碳MgO-C砖能提高使用效果,对于炉侧主要是废钢和铁水加入时造成的机械磨损、切削和剥落,提高砖的高温强度,并通过溅渣护炉与火焰喷补技术能保持其耐用性。对于炉底砖主要是由于底吹气体产生的冷却作用和由风口周围发生的熔损造成的背面侵蚀现象,处于剧烈的钢水流中形成的热剥落和钢水磨损,资料介绍使用碳化物其特殊添加物生产的热震性和抗氧化性好的砖或添加20%～25%膨胀性石墨的MgO-C砖有较好的效果。
(来源:包钢技术)


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