鎂碳磚與鋼(gang)液和爐(lu)渣(zha)(zha)接觸時，爐(lu)渣(zha)(zha)侵蝕鎂碳(tan)磚，由此導致鎂碳(tan)磚熱震穩定(ding)性差，出現剝落損毀現象，縮短了(le)渣(zha)(zha)線鎂碳(tan)磚的(de)(de)使用壽(shou)命，影(ying)響LF爐(lu)精煉(lian)生產。為延(yan)長(chang)鎂碳(tan)磚的(de)(de)使用壽(shou)命，研究(jiu)者研究(jiu)了(le)LF爐(lu)爐(lu)渣(zha)(zha)對鎂碳(tan)磚的(de)(de)抗侵蝕性能的(de)(de)影(ying)響，探討了(le)延(yan)長(chang)LF爐(lu)渣(zha)(zha)線用鎂碳(tan)磚壽(shou)命的(de)(de)途徑。

實驗原料與過程

實驗選用(yong)(yong)LF爐用(yong)(yong)的(de)低鐵爐渣(zha)和高鐵爐渣(zha)，其成分見附(fu)表。鎂(mei)碳磚選用(yong)(yong)鞍(an)鋼目前使(shi)用(yong)(yong)的(de)渣(zha)線(xian)鎂(mei)碳磚MT-14。

研究者將(jiang)(jiang)渣(zha)線(xian)鎂(mei)碳(tan)(tan)磚(zhuan)(zhuan)制成內徑(jing)為(wei)ф60mm×50mm，外徑(jing)為(wei)ф120mm×100mm的坩(gan)(gan)堝(guo)試樣后(hou)，將(jiang)(jiang)LF低鐵(tie)渣(zha)和高鐵(tie)渣(zha)分別裝入制得的坩(gan)(gan)堝(guo)中，于(yu)1600℃保溫3h，采用靜態坩(gan)(gan)堝(guo)法進行鎂(mei)碳(tan)(tan)磚(zhuan)(zhuan)的抗(kang)渣(zha)侵蝕實驗。他們將(jiang)(jiang)兩種LF爐爐渣(zha)研磨成200目細(xi)粉，以(yi)熱塑性(xing)酚醛樹脂作為(wei)結合(he)劑，將(jiang)(jiang)其(qi)壓制成ф6mm×5mm的圓柱試樣，放于(yu)渣(zha)線(xian)鎂(mei)碳(tan)(tan)磚(zhuan)(zhuan)制成的墊片(pian)上，將(jiang)(jiang)其(qi)置于(yu)耐火度檢測(ce)儀DRH-III中，觀(guan)察試樣達(da)到(dao)半球溫度時(shi)，熔渣(zha)與鎂(mei)碳(tan)(tan)磚(zhuan)(zhuan)的潤濕(shi)角，以(yi)此表(biao)征熔渣(zha)對鎂(mei)碳(tan)(tan)磚(zhuan)(zhuan)的潤濕(shi)性(xing)能。

實驗結果及分析

潤(run)濕(shi)(shi)角檢測。根據LF爐(lu)(lu)(lu)兩(liang)種爐(lu)(lu)(lu)渣(zha)(zha)對(dui)(dui)鎂(mei)(mei)碳磚(zhuan)的(de)(de)(de)(de)潤(run)濕(shi)(shi)角示(shi)意(yi)圖(tu)，研(yan)究(jiu)者計算(suan)得出，鐵(tie)(tie)少(shao)的(de)(de)(de)(de)LF爐(lu)(lu)(lu)渣(zha)(zha)對(dui)(dui)鎂(mei)(mei)碳磚(zhuan)的(de)(de)(de)(de)潤(run)濕(shi)(shi)角為45°，鐵(tie)(tie)多的(de)(de)(de)(de)LF爐(lu)(lu)(lu)渣(zha)(zha)對(dui)(dui)鎂(mei)(mei)碳磚(zhuan)的(de)(de)(de)(de)潤(run)濕(shi)(shi)角為58°。由此(ci)可見，LF爐(lu)(lu)(lu)的(de)(de)(de)(de)兩(liang)種熔渣(zha)(zha)均能潤(run)濕(shi)(shi)鎂(mei)(mei)碳磚(zhuan)，且鐵(tie)(tie)少(shao)的(de)(de)(de)(de)熔渣(zha)(zha)潤(run)濕(shi)(shi)現象更明(ming)顯(xian)，對(dui)(dui)磚(zhuan)的(de)(de)(de)(de)侵蝕(shi)更明(ming)顯(xian)。因此(ci)，可在一定范(fan)圍(wei)內調節LF爐(lu)(lu)(lu)爐(lu)(lu)(lu)渣(zha)(zha)成分，增(zeng)大熔渣(zha)(zha)對(dui)(dui)制品的(de)(de)(de)(de)潤(run)濕(shi)(shi)角度(du)，從而(er)提高鎂(mei)(mei)碳磚(zhuan)的(de)(de)(de)(de)抗侵蝕(shi)性能。

抗渣(zha)侵(qin)(qin)(qin)蝕(shi)分析(xi)。鐵(tie)(tie)(tie)少(shao)和鐵(tie)(tie)(tie)多的(de)(de)(de)LF爐(lu)(lu)(lu)(lu)渣(zha)對(dui)(dui)(dui)鎂(mei)碳磚(zhuan)坩堝侵(qin)(qin)(qin)蝕(shi)后(hou)的(de)(de)(de)SEM形貌圖顯(xian)示，被LF爐(lu)(lu)(lu)(lu)渣(zha)侵(qin)(qin)(qin)蝕(shi)后(hou)，鎂(mei)碳磚(zhuan)的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)均(jun)(jun)形成一薄(bo)薄(bo)的(de)(de)(de)掛(gua)渣(zha)層(ceng)，且(qie)(qie)鐵(tie)(tie)(tie)少(shao)的(de)(de)(de)試樣掛(gua)渣(zha)層(ceng)相(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)(dui)(dui)明顯(xian)。由(you)于(yu)侵(qin)(qin)(qin)蝕(shi)時(shi)間短，被兩(liang)種(zhong)熔(rong)渣(zha)侵(qin)(qin)(qin)蝕(shi)后(hou)，鎂(mei)碳磚(zhuan)表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)侵(qin)(qin)(qin)蝕(shi)層(ceng)均(jun)(jun)較(jiao)薄(bo)，同時(shi)，與熔(rong)渣(zha)接觸的(de)(de)(de)鎂(mei)碳磚(zhuan)表(biao)面(mian)處(chu)鱗片狀石墨發生氧化，基質較(jiao)疏松。而(er)且(qie)(qie)，低(di)鐵(tie)(tie)(tie)LF爐(lu)(lu)(lu)(lu)渣(zha)對(dui)(dui)(dui)鎂(mei)碳磚(zhuan)的(de)(de)(de)侵(qin)(qin)(qin)蝕(shi)明顯(xian)強于(yu)高(gao)鐵(tie)(tie)(tie)LF爐(lu)(lu)(lu)(lu)渣(zha)，侵(qin)(qin)(qin)蝕(shi)層(ceng)相(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)(dui)(dui)較(jiao)深。這(zhe)是(shi)由(you)于(yu)低(di)鐵(tie)(tie)(tie)渣(zha)對(dui)(dui)(dui)鎂(mei)碳磚(zhuan)的(de)(de)(de)潤(run)濕角(jiao)相(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)(dui)(dui)較(jiao)小，相(xiang)(xiang)(xiang)同條件下對(dui)(dui)(dui)鎂(mei)碳磚(zhuan)的(de)(de)(de)潤(run)濕速(su)(su)率快(kuai)，從而(er)加速(su)(su)了(le)鎂(mei)碳磚(zhuan)的(de)(de)(de)熔(rong)蝕(shi)。

研究者進(jin)一步(bu)研究發現，LF爐(lu)渣(zha)首先潤濕鎂(mei)碳(tan)磚表(biao)面，然后沿著石墨氧化后留下(xia)的(de)(de)(de)氣孔(kong)侵(qin)(qin)(qin)入鎂(mei)碳(tan)磚的(de)(de)(de)基質(zhi)中(zhong)，充(chong)填在(zai)鎂(mei)砂顆(ke)(ke)粒周圍，與鎂(mei)砂顆(ke)(ke)粒進(jin)行化學(xue)侵(qin)(qin)(qin)蝕(shi)熔(rong)蝕(shi)，生(sheng)成含有Ca、Si、Al的(de)(de)(de)低熔(rong)點液(ye)相，從而(er)(er)逐步(bu)蠶食鎂(mei)砂顆(ke)(ke)粒。由此可(ke)以推測，隨著反應時間延(yan)長，鎂(mei)碳(tan)磚中(zhong)將(jiang)(jiang)形成膠結(jie)(jie)結(jie)(jie)構，鎂(mei)砂顆(ke)(ke)粒將(jiang)(jiang)鑲嵌于液(ye)相中(zhong)，鎂(mei)砂顆(ke)(ke)粒邊角將(jiang)(jiang)被熔(rong)渣(zha)熔(rong)蝕(shi)，變得圓(yuan)滑，從而(er)(er)使鎂(mei)碳(tan)磚的(de)(de)(de)侵(qin)(qin)(qin)蝕(shi)層和(he)原磚層的(de)(de)(de)組成與性(xing)能，特別(bie)是(shi)熱(re)膨脹系數有很(hen)大差別(bie)。當在(zai)使用過程中(zhong)受到熱(re)震(zhen)作用和(he)熱(re)沖擊時，鎂(mei)碳(tan)磚的(de)(de)(de)工作面將(jiang)(jiang)發生(sheng)剝(bo)(bo)落掉(diao)(diao)片損毀(hui)，在(zai)LF爐(lu)外精煉的(de)(de)(de)條件下(xia)，由于精煉溫度(du)高(gao)，爐(lu)渣(zha)的(de)(de)(de)黏度(du)降(jiang)低，加上(shang)爐(lu)襯內部溫度(du)也較(jiao)高(gao)，爐(lu)渣(zha)可(ke)以滲入到耐火材(cai)料(liao)內部更(geng)深的(de)(de)(de)部位，形成更(geng)厚的(de)(de)(de)反應層，這將(jiang)(jiang)加劇(ju)鎂(mei)碳(tan)磚內襯的(de)(de)(de)熔(rong)損，出現嚴重的(de)(de)(de)剝(bo)(bo)落掉(diao)(diao)片損毀(hui)。因此，LF爐(lu)渣(zha)對鎂(mei)碳(tan)磚的(de)(de)(de)影響主要表(biao)現為化學(xue)侵(qin)(qin)(qin)蝕(shi)及(ji)由此產生(sheng)的(de)(de)(de)熱(re)震(zhen)穩定(ding)性(xing)差，出現剝(bo)(bo)落損毀(hui)。

延長渣(zha)線用鎂碳磚壽命的途徑

綜上所述，兩種(zhong)LF爐熔渣對鎂(mei)碳磚的(de)潤(run)濕(shi)角(jiao)均小于90°，易(yi)于潤(run)濕(shi)鎂(mei)碳磚表面，與(yu)鎂(mei)碳磚接(jie)觸(chu)時將(jiang)加速(su)鎂(mei)碳磚的(de)損(sun)毀速(su)率，且(qie)低鐵LF爐渣的(de)潤(run)濕(shi)現象更明顯。在(zai)侵(qin)(qin)蝕(shi)實驗中(zhong)，這(zhe)種(zhong)現象使與(yu)低鐵熔渣接(jie)觸(chu)的(de)鎂(mei)碳磚抗侵(qin)(qin)蝕(shi)能力(li)降低。

為(wei)(wei)延(yan)長LF爐鎂(mei)(mei)(mei)(mei)(mei)碳磚(zhuan)的(de)(de)(de)(de)抗(kang)渣(zha)(zha)侵蝕壽命，可從調節熔(rong)渣(zha)(zha)的(de)(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)分(fen)、增(zeng)大(da)熔(rong)渣(zha)(zha)對鎂(mei)(mei)(mei)(mei)(mei)碳磚(zhuan)的(de)(de)(de)(de)潤濕(shi)角著手(shou)，在(zai)鎂(mei)(mei)(mei)(mei)(mei)碳磚(zhuan)表(biao)面形(xing)成(cheng)(cheng)穩定的(de)(de)(de)(de)掛渣(zha)(zha)層(ceng)，防(fang)止表(biao)面石墨的(de)(de)(de)(de)氧化(hua)，抑制熔(rong)渣(zha)(zha)對鎂(mei)(mei)(mei)(mei)(mei)碳磚(zhuan)表(biao)面的(de)(de)(de)(de)潤濕(shi)，或者通過優(you)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)(mei)(mei)碳磚(zhuan)的(de)(de)(de)(de)基質(zhi)結構，改善(shan)鎂(mei)(mei)(mei)(mei)(mei)碳磚(zhuan)中(zhong)石墨的(de)(de)(de)(de)引入形(xing)式及加入量，調節基質(zhi)的(de)(de)(de)(de)配料組成(cheng)(cheng)，從而(er)影(ying)響鎂(mei)(mei)(mei)(mei)(mei)碳磚(zhuan)在(zai)使用過程中(zhong)因(yin)為(wei)(wei)碳氧化(hua)形(xing)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)氣(qi)孔(kong)的(de)(de)(de)(de)數(shu)量、尺寸(cun)、形(xing)狀(zhuang)和(he)分(fen)布，進而(er)延(yan)長LF爐渣(zha)(zha)線(xian)鎂(mei)(mei)(mei)(mei)(mei)碳磚(zhuan)的(de)(de)(de)(de)使用壽命。