MgO-C质耐火材料简介

我知道的高温材料之
——MgO-C质耐火材料
重庆大学
一．MgO-C质耐火砖的起源及其发展
第一次使用氧化物和碳的复合耐火材料是在15世纪初所制造的碳氧化物坩埚。

钢铁工业用的碳氧化物复合耐火材料是很早用铸锭用耐火材料的石墨塞头砖。

后来随着连铸技术的推广应用，氧化物和碳复合起来使用的耐火材料用的更广泛。

MgO–C砖是20世纪70年代兴起的新型耐火材料，最早由日本九洲耐火材料公司渡边明首先开发，它是以镁砂（高温烧结镁砂或电熔镁砂）和碳素材料为原料，用各种碳质结合剂制成的耐火材料。

由于MgO–C砖具有耐火度高、抗热震性优良和抗侵蚀能力强等优良特性而被广泛应用于钢铁企业，如转炉炼钢和电炉炼钢。

在日本研发出树脂结合MgO–C砖后，西欧开发了沥青结合的MgO–C砖，其残碳量约为10%，由于价格低于树脂结合MgO–C砖，故被成功地用于水冷电炉中的高温热点部位，同时也用于转炉。

我国在1980前后年开始研究含碳耐火材料[2]，并被列入国家“七五”(1985~1989)科技攻关项目。

1987年鞍钢三炼钢厂在转炉上试用MgO–C砖后，仅用一年时间就超额完成了“七五”转炉炉龄达千次的攻关目标。

发展到目前，全国各大中小钢厂已普遍推广使用MgO–C质耐火材料作为转炉和电炉的炉衬。

二．MgO-C质耐火砖的生产
MgO-C砖的制造工艺主要包括原料准备，配料，混练，成型和热处理。

生产MgO–C砖的主要原料包括镁砂、鳞片状石墨、有机结合剂以及抗氧化剂。

1 镁砂
镁砂是生产MgO–C砖的主要原料，有电熔镁砂和烧结镁砂之分。

电熔镁砂与烧镁砂相比具有方镁石结晶粒粗大、颗粒体积密度大等优点，是生产镁碳砖中主要选用的原料。

2 碳源
不论是在传统的MgO-C砖还是在目前大量使用的低碳MgO-C砖，主要利用鳞片状石墨作为其碳源。

3 结合剂
结合剂是生产MgO-C砖的关键，现在生产MgO-C砖多选用合成酚醛树脂作为结合剂，其他较为常用的还有含碳结合剂。

三．MgO-C耐火材料在炼钢转炉中的应用
现在的MgO-C耐火材料在钢铁行业主要用于转炉、交流电弧炉、直流电弧炉的内衬，钢包的渣线等部位。

下面就重点针对在熟悉的炼钢转炉中的应用具体介绍：氧气转炉炉衬用耐火材料，最初以焦油白云石砖为主，至20世纪70年代采用沥青结合镁质砖和烧成油浸镁砖，到80年代随着顶底复吹技术的推广应用，炉内容积逐渐扩大，炼
钢也从单一钢种变为高级多钢种开发出的高碳含量的树脂结合MgO-C砖得到广泛应用。

目前，国内外转炉主要用MgO-C砖作炉衬，永久衬用镁砖，接缝料用镁质捣打料。

氧气转炉炉体是由截锥形炉帽、圆柱形炉身、球缺形炉底和出钢口等部位组成。

根据转炉各部化工作条件和耐火材料在使用中的损毁特点，各部位选用耐火材料的情况如下：
(1)炉帽。

炉帽位于取样和出钢时的渣线区域，是受炉渣侵蚀最严重的部位之一，同时还受到含尘废气的冲刷和清理炉帽时的机械损伤，该部位的镁炭砖也易氧化．因此，炉帽应该使用高抗氧化和高强的镁炭砖为好。

为了提高MgO-C砖的抗氧化性，常加入少量的添加剂，常见的添加剂有Si、Al、Mg、Al-Si，Al-Mg，Al-Mg-Ca，Si-Mg-Ca、SiC、B4C、BN等，这里面有很多也是我们钢液脱氧的脱氧剂。

(2)耳轴两侧。

转炉耳轴区属易损毁部位，经受吹炼时各种损毁作用的影响和炉体转动时机械应力作用，在出钢和徘渣时耐火材料不与熔渣接触，表面暴露于空气中，砖中碳极易氧化，而且该区域不易修补．因此应该选用最好的镁炭砖，要求碳含量为16％“18％的高强高耐侵蚀的镁炭砖。

(3)渣线部位。

渣线部伙是炉衬长期与熔渣接触而受渣蚀最严重的部位．所以选用优质高抗侵蚀的镁炭砖。

(4)装料侧。

这是转炉炉衬中最薄弱的环节．损毁最为严重。

它受到吹炼时炉渣和钢水的喷溅、渣蚀、磨损、冲刷及装入废钢和铁水时的撞击和冲蚀，机械损伤严重，因而造成装料侧炉衬熔损、崩裂。

该处受温度波动引起的热应力也较大。

所以采用高抗侵蚀和抗热震的高强镁炭砖。

(5)出钢口：出钢口受钢水冲刷和温度急剧变化产生的热应力影响，损毁极为严重，因此采用高强、高抗氧化的镁炭砖。

我国近几年开发使用了等静压成型镁碳质整体式出钢口砖和更换用套砖，使用寿命成倍增加，一次使用寿命为200—300次。

四．MgO-C砖使用面临的问题和进行的研究
1．MgO-C砖在使用过程中易产生层裂、韧性差的问题。

这主要是由于压制成型时粉料中的空气没能及时排尽而堆积在坯体中的某一部位，当压型压力撤出后，气体体积膨胀，容易产生裂痕，还有个就是在高温作用下气体体积膨胀，也会产生裂纹，将不能再满足使用要求。

要防止MgO-C砖的层裂需要从原料以及加工工艺过程去改善，还有大量的工作要做。

2．提高MgO-C砖抗氧化性能的研究
现在使用的MgO-C砖的抗氧化性能都还有不足，而在高温下C的氧化会破坏MgO-C砖的结构，降低其使用性能，所以提高MgO-C砖的抗氧化性是很有必要的。

现在主要是针对一些抗氧化剂的研究，通过添加抗氧化剂来提高MgO-C砖的抗氧化性。

3．MgO-C质耐火材料功能多样性的研究
我们知道以前使用的耐火材料主要目的是增长相关设备的寿命和带来好的隔热效果。

而关注方向的单一化，实际上很大程度限制了耐火材料的更大发展。

以我们冶金行业为例，转炉现在使用耐火材料不仅是局限在提高炉子的寿命了，有很大一部分把目光投向了金属熔体和炉渣与耐火材料之间反应，希望通过在原有耐火材料的基础上添加一些添加结合剂或者添加剂开发出一些多功能的耐火材料，从而来可以提高钢水质量，生产更多样化、更优质的产品。

参考文献：
[1]王诚川. MgO-C质耐火材料. [M]. 北京: 冶金工业出版社, 1995.
[2]薛群虎，徐维忠.耐火材料. [M]. 北京: 冶金工业出版社,2009.
[3]李亮，玉世峰.镁碳砖的发展及生产工艺的改进.山东：山东轻工业学院学报，2010.
[4]李楠. 耐火材料与钢铁的反应及对钢质量的影响. [M].北京: 冶金工业出版社, 2005.。