20世紀(jì)70年代末日本首先在轉(zhuǎn)爐上采用MgO-C磚作為爐襯,因具有良好的使用效果而迅速推廣,到目前為止仍居其它材料難以替代的主導(dǎo)位置。MgO-C磚是由抗堿爐渣強(qiáng)的MgO和難以被爐渣侵蝕與潤濕的石墨為主要原料制成的復(fù)合材料,具有優(yōu)良的抗侵蝕性和熱震穩(wěn)定性。以下對其損毀主要形式進(jìn)行討論。

1爐渣的侵蝕

爐渣的侵蝕是通過鎂砂向爐渣的熔解、熔出和石墨的氧化進(jìn)行的。純度高、w(CaO)/w(SiO2)高、的鎂砂耐侵蝕性好,石墨純度高、雜質(zhì)含量低、抗侵蝕性好。鎂砂中方鎂石晶粒大時耐侵蝕性好,方鎂石晶粒小時,由于礦渣從大量的晶界侵潤,易于破損,鎂砂向爐渣中熔出,耐侵蝕性差;另外,加入金屬添加物可提高抗侵蝕性。對鎂砂的方鎂石粒徑和金屬添加物對MgO-C磚抗?fàn)t渣侵蝕性影響研究顯示,加入少量金屬添加物能顯著提高M(jìn)gO-C磚的抗侵蝕性,控制鎂砂細(xì)粉粒度有助于提高抗渣性。

2氧化損毀

石墨難以被熔渣浸潤,阻止渣向磚內(nèi)浸潤,能提高抗侵蝕性,但易氧化是其重大缺陷。石墨的氧化主要體現(xiàn)為:與O2和CO2的氣體氧化、與熔渣中的鐵氧化物等的液體氧化和與MgO的反應(yīng)。

氣相反應(yīng)主要是由于出鋼后冷卻或待機(jī)修襯維護(hù)等過程中卷入空氣,使氧氣分壓較高而發(fā)生碳的氧化。在磚表面附有爐渣,有助于保護(hù)石墨被氧化,有人研究在1000℃以上磚表面掛有爐渣對石墨的防氧化效果明顯,低于1000℃且隨著溫度的降低保護(hù)石墨不被氧化的效果迅速下降。而加入金屬(Al、Si、Mg-Al、SiC、B4C)等的添加劑后,高溫下由熱力學(xué)反應(yīng)自由能分析,金屬添加劑首先與O2反應(yīng)形成氧化物,防止了石墨被氧化。

液體氧化主要是爐渣中鐵氧化物(FeO)被還原,而使石墨被氧化形成脫碳層易發(fā)生爐渣浸潤,與鎂砂發(fā)生反應(yīng),從MgO向爐渣中的熔解度增高和蝕損增大,而造成磚的蝕損嚴(yán)重。

MgO和石墨熔點(diǎn)高,并能在約1800℃以內(nèi)較穩(wěn)定地共存。如在磚內(nèi)部發(fā)生MgO與石墨的反應(yīng),磚組織會劣化,急劇發(fā)生蝕損,日本學(xué)者研究實(shí)際轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)氣份時,在1650℃以上就會出現(xiàn)這些問題。山口等人也研究認(rèn)為磚內(nèi)部生成的Mg(g)在工作面附近發(fā)生再凝聚氧化,形成致密的氧化鎂,但如何才能形成這種氧化鎂致密層,以提高M(jìn)gO-C磚的耐蝕性還有待于進(jìn)一步研究。

3剝落損毀

含碳材料一般抗剝落性能好,對于間歇操作出現(xiàn)的剝落損毀主要是由于急冷急熱造成的熱沖擊而發(fā)生的熱應(yīng)力和來自結(jié)構(gòu)上的不均衡產(chǎn)生龜裂和擴(kuò)展的機(jī)械應(yīng)力所致。而膨脹性石墨比鱗片石墨對MgO-C磚而言具有更好的抗剝落性能。

4鋼水的沖刷與磨損

MgO-C磚強(qiáng)度特別是高溫強(qiáng)度越高,受鋼水沖刷與磨損量越小,金屬鋁粉的加入在提高石墨防氧化性能的同時,可顯著提高磚的高溫強(qiáng)度。另外,對于轉(zhuǎn)爐爐口、爐帽主要是由于熔池部位和爐身部位的磚熱膨脹所產(chǎn)生的應(yīng)力造成剝落和在清除掛鋼掛渣時的機(jī)械沖擊造成的脫落。砌筑時留適當(dāng)?shù)呐蛎浛p,用包鐵皮磚和抗拉磚實(shí)現(xiàn)磚的一體化或在磚縫中夾入鋁質(zhì)膨脹金屬,形成熔融結(jié)合及采用樹脂壓入料施工來實(shí)現(xiàn)包括部分爐帽在內(nèi)的全部爐口一體化結(jié)構(gòu)等的形式,可得到改善。對于出鋼口用含碳較低的MgO-C磚的損毀主要是高溫鋼水流的磨損,而間歇過程中石墨的氣相氧化會助長磨損。添加防氧化劑金屬粉生產(chǎn)抗氧化性和耐磨性好的低碳MgO-C磚能提高使用效果,對于爐側(cè)主要是廢鋼和鐵水加入時造成的機(jī)械磨損、切削和剝落,提高磚的高溫強(qiáng)度,并通過濺渣護(hù)爐與火焰噴補(bǔ)技術(shù)能保持其耐用性。對于爐底磚主要是由于底吹氣體產(chǎn)生的冷卻作用和由風(fēng)口周圍發(fā)生的熔損造成的背面侵蝕現(xiàn)象,處于劇烈的鋼水流中形成的熱剝落和鋼水磨損,資料介紹使用碳化物其特殊添加物生產(chǎn)的熱震性和抗氧化性好的磚或添加20%～25%膨脹性石墨的MgO-C磚有較好的效果。