镁碳砖由于具有优异的抗渣侵蚀性、抗热震性、耐剥落性及耐磨损性能,高温下稳定性好而广泛用作转炉的衬砖。由于镁碳砖存在易于氧化导致的抗热震性、抗侵蚀性变差的问题,研究人员进行了广泛的探索研究。其关键技术热点体现在:1)抗氧化、自修复新型复合抗氧化剂的应用:采用金属Al、Si粉,或Al-Si复合粉为镁碳砖的抗氧化剂,经热处理或高温服役时原位反应生成SiC、AlN等高抗侵蚀物相,显著改善低碳镁碳材料的性能。2)低维石墨化碳的制备及应用:各种预合成纳米碳如纳米炭黑、纳米石墨-氧化物复合粉体等的添加和应用;原位合成低维石墨化碳,选择合适的过渡元素(Fe、Co、Ni)的无机或有机化合物作为催化剂,酚醛树脂裂解产生CO、C2H2及CH4等气体在过渡金属催化作用下形成碳纳米管、纳米碳纤维等低维石墨化碳。通过这些新技术的开发与应用,使MgO-C砖保持良好的抗侵蚀性和抗热震性。转炉不同部位使用的MgO-C砖对其性能有不同的要求,为了满足需求,日本品川耐火公司开发出满足不同部位性能要求的系列MgO-C砖,其基本性能及典型特征见表1。用后MgO-C砖的显微结构分析显示,MgO-C砖的损毁主要体现为熔渣侵蚀损毁。日本的研究人员通过考察MgO-C砖的损毁因素,发现在高温下限制MgO-C砖中Mg(g)的扩散速率可以降低砖的损毁速率。抗渣侵蚀试验结果显示,随着MgO-C砖(℃热处理)显气孔率的升高,砖的侵蚀指数呈直线上升的态势(见图1)。基于此,通过调整抗氧化剂添加量、原料颗粒级配及生产工艺制备出致密结构MgO-C砖(B,见表1)。表1MgO-C砖的性能图1MgO-C砖的侵蚀指数随℃烧后显气孔率的变化趋势转炉装料区的MgO-C砖常受到废钢原料的机械冲击,容易产生裂纹并扩展导致衬体损毁。不同种类的MgO-C砖其抗蠕变性有很大差异,见图2,从而引起MgO-C砖在抗热震及抗机械冲击性能的差异。日本品川耐火公司的研究人员研究发现,具有较高高温抗折强度的MgO-C砖(HS)不能缓解损毁的发生,而具有较高断裂能(断裂韧性)的MgO-C砖可以有效抑制裂纹的扩展。因此,开发出了两种新型MgO-C砖即基质增强型MgO-C砖(MR)和碳结合增强型MgO-C砖(CB),性能见表1。两种新型MgO-C砖具有较高的断裂能(MR0.40kJ和CB0.49kJ,HS仅0.26kJ),受机械冲击后裂纹扩展得到抑制,且均比HS砖的抗侵蚀性好,其中碳结合增强型MgO-C砖的抗侵蚀性更好。图℃烧后几种MgO-C砖的荷载-位移曲线转炉出钢口镁碳砖常因为碳氧化、热震剥落及流钢磨损而影响使用寿命。因此开发耐磨且抗热震性好的低碳镁碳砖是发展的必然趋势。太钢第二炼钢厂的研究人员采用m(CaO):m(SiO2)≥2的电熔镁砂和高纯鳞片石墨(C质量分数≥98%)为主要原料,以Al、Mg-Al、Si、B4C、CaB6为抗氧化剂,热固性酚醛树脂为结合剂,制备出优质低碳MgO-C砖,其性能见表2。在炼钢转炉上使用新开发的低碳镁碳砖,一个炉役炉龄稳定在~次,比进口低碳镁碳砖的~次有大幅提高。表2低碳MgO-C砖的性能
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