镁碳砖在钢铁冶金行业的应用情况

镁碳砖是20世纪70年代兴起的新型耐火材料，它是以高温烧结镁砂或电熔镁砂和炭素材料为原料，用各种碳质结合剂制成的不烧耐火材料，镁碳砖即保持了碳性耐火材料的优点，同时又彻底改变了以往碱性耐火材料的耐剥落性能差，容易吸收炉渣的固有缺点。

　　目前为止，在钢铁冶金行业仍大量的使用镁碳砖，镁碳砖的应用改进了转炉的各项技木经济指标，降低了耐火材料的消耗。此外，作为一种不烧制品，同传统的烧成镁白云石砖相比，镁碳砖生产的燃料消耗至少节约80%以上。

　　1. 镁碳砖的性质

　　镁碳砖因其组成材料是氧化镁和碳，两者都具有很高的熔点，且两种成分互不固熔，因此镁碳砖具有较高的抗熔化性能。

　　镁碳砖是一种复合结构，其主要部分系采用了对碱性渣有很强的抗渣蚀性的氧化镁熟料以及与熔渣润湿性差的碳，所以具有优良的耐渣蚀性。尤其是其抵抗熔渣的渗透能力强，与旧式的烧成碱性砖相比，镁碳砖的渗透层要浅得多。

　　由干石墨具有优良的耐热冲击性能，因此继承了石墨优良特性的镁碳砖，具有热导率高，线膨胀系数和弹性模量比较小，而高温强度比较大的特性，基本上避免了使用过程中因崩裂而造成的组织破坏和剥落现象。

　　镁碳砖除了具有上述的优良特性外，还具有较好的热态抗蠕变性能，镁碳砖与其他陶瓷结合砖相比，显示出特别好的抗变性能。

　　2. 镁碳砖在转炉炼钢上的应用

　　自氧气转炉问世以来，炉衬材料经历了3个阶段的演变：焦油白云石砖--烧成碱性油浸砖--镁碳砖。20世纪80年代以来，炼钢转炉及其炉衬耐火材料有了很大的发展，就炼钢转炉来说，已完成了向大型化、自动化发展的过程。目前正在向复吹化，高温化发展。

　　在冶炼过程中，转炉各部位的使用条件、损毁情况是各不相同的，对于不同使用条件的转炉各个部位，所砌筑的耐火材料也不一样。

　　（1）炉口：由于炉口温度变化剧烈，熔渣和高温废气的冲刷较质害，并在清除废钢和加料时，炉门受到撞击，所以用于炉口的耐火材料必须具有较高的抗热震性和抗渣性，要耐熔渣和高温废气的冲刷，且不易于挂钢并易于清理。

　　（2）炉帽：炉帽是受渣蚀较严重的部位，同时还受温度变化，以及碳的氧化和含尘废气的冲刷等作用，故需用抗渣性强和抗热震性强的镁碳砖。

　　（3）装料侧：吹炼时炉渣和钢水的喷溅作用容易对装料侧造成化学侵蚀、磨损、冲刷。以及装料侧还受到装入废钢和铁水的直接撞击和冲蚀，带来严重的机械性损伤，因此要求镁碳砖除具有较高的抗渣性和相当高的高温强度外，还必须具备相当好的抗热震性，通常采用加人防氧化剂的高强度镁碳砖。

　　（4）出钢侧：出钢侧基本不受装料时的机械损伤，热震影响也较小，但受到出钢时钢水的热冲击和冲刷作用，损毁速度远比装料侧小，当采用与装料侧相同的材质时，为了保持转炉炉衬的均衡寿命，采用厚度较装料侧薄的构造形式砌筑。

　　（5）渣线部位：渣线是炉衬与熔渣长期接触而受渣蚀严重的部位，在出钢侧，由于炉渣的位置随出钢时间而变化，多不明显。在排渣侧，由于强烈的渣蚀和遭受到炉腹部位在吹炼过程中受到的其他的作用的共同影响，损毁严重，因此需要砌筑具有优良抗渣性的镁碳砖。

　　（6）耳轴两侧：耳轴两侧除受吹炼时的损毁作用以外，表面无保护层的覆盖，不太易修补，故炉衬材质中的碳易氧化，因而损毁严重，应砌筑抗渣性优良，抗氧化性强的高级镁碳砖。

　　（7）炉缸和炉底：这些部位在吹炼时受到钢水的剧烈冲刷，但与其他部位相比，损毁一般较轻，可选用碳含量低的镁碳砖，也可采用焦油白云石砖。当采用高速吹炼而熔池较浅时，炉底中心部位损毁可能严重。此外，当采用底吹时，这些部位损毁可能加重，应采用和炉腹装料侧相同的材质。

　　目前，为提高转炉的技术经济指标，普遍采用综合砌筑。

　　3. 镁碳砖在电炉上的使用

　　目前电炉炉墙几乎全部采用镁碳砖砌筑，因此镁碳砖的寿命决定了电炉的使用寿命，决定电炉用镁碳砖质量的主要因素包括MgO源的镁砂纯度、杂质种类、方镁石晶粒结合状态和晶粒尺寸；作为碳引入来源的鳞片状石墨的纯度、结晶程度和鳞片大小；通常选用热固性酚醛树脂作为结合剂，主要影响因素是加入量和残碳量。现在已经证明镁碳砖中添加抗氧化剂能够改变和改善其基质结构，但是在电炉正常的操作条件下使用时，抗氧化剂并不是镁碳砖必要的组成原料，而只有用于高FeOn炉渣的电弧炉，如使用直接还原铁或有不规则氧化的部位以及电炉热点部位，添加各种金属抗氧化剂才能成为镁碳砖的重要组成部分。

　　渣线部位用镁碳砖的蚀损行为表现为形成明显反应致密层和脱碳疏松层。反应致密带也成为渣侵带，是镁碳砖脱碳形成大量气孔后高温液相熔渣渗入砖体内部的侵蚀区域。在该区域内，熔渣中FeOn被还原为金属铁，甚至固溶于MgO中的脱溶相和晶间Fe2O3也被还原为金属铁。熔渣渗入砖中的深度主要决定于脱碳疏松层的厚度，通常终止于残存石墨的地方。在正常情况下，镁碳砖中由于石墨的存在其脱碳层都是比较薄的。

　　电炉出钢口有出钢槽倾动出钢和炉底出钢两种方式。当采用出钢槽倾动出钢时，基本不采用镁碳砖，而选择Al2O3质或者ZrO2质，并添加C、SiC和Si3N4等非氧物。当采用炉底出钢时，出钢口则由外部套砖和内部管砖组成。炉底出钢口采用镁碳砖质管砖，管砖孔径尺寸则根据炉子容量、出钢时间等因素决定，一般内径为140~260mm。

　　某钢厂电炉把中挡和低挡镁碳砖用在出钢口，出铜口两侧部位代替原来使用的烧结镁砖初步取得较好的效果，炉龄由60炉左右提高到了1倍多。使用后渣线部位的镁碳砖保持较完整，不粘渣。渣线部位不需补炉，即减轻劳动强度又提高钢液纯度和生产率。

　　4. 铝镁碳砖在钢包上的使用情况

　　MgO-C砖用于精炼钢包炉和钢包时，主要用在净空和渣线等部位。根据操作条件，这些部位要求所用的耐火材料必须具有耐高温、耐热震、抵抗熔渣侵蚀等引起的机械蚀损。所以过去这些部位曾经选用镁铬系耐火材料，但是考虑到铬对环境有污染，其用量减少了，现在则选用镁碳砖。

　　由于预热过程新钢包中的镁碳砖会严重损毁，疏松脱碳层可以达到30~60mm厚。这一层带在注入钢水过程中即被冲掉而将镁砂粒带进熔渣之中。显然，防止镁碳砖中的碳在预热时被烧掉便成为提高钢包净空和渣线部位的镁碳砖使用寿命的重要步骤之一。其技术措施，除了向镁碳砖中配入复合防氧化剂之外，关键是在砌衬之后应将镁碳砖的表面用含碱的低熔玻璃相液体盖上，以保护镁碳砖中的碳在钢包的预热过程中不被烧掉。