关于镁炭砖氧化镁致密层形成问题
发布日期： 2017-11-27 00:00:00 阅读量（579） 作者：炼钢吹氧转炉，镁炭砖衬热面碳的氧化有以下3种途径：
(1)氧化性气体直接将镁炭砖中碳氧化，这一途径一般发生在开炉、烘炉、停吹倒炉或两炉冶炼之间。当炉衬表面覆盖上一层熔渣时，这一途径碳的氧化就会受到阻碍。在转炉的耳轴部位由于不易覆盖或挂不上炉渣，因此这一部位的镁炭砖易直接受到氧化，蚀损较转炉其他部位大得多。
(2)砖内碳与MgO及杂质氧化铁、SiO2等发生氧化-还原反应。砖内的这些自耗反应进行的结果会造成砖的气孔率增加，组织结构变坏。
(3)熔渣渗入，熔渣中一些易还原氧化物与砖中碳反应，使碳氧化。
镁炭砖内碳氧化的这3种途径，它们之间还有一定联系，而且从热力学上它们都是可能进行的。
巴塞尔(Barthel)用碳化后的烧成油浸镁炭砖作抗转炉终渣试验时，发现在靠近熔渣层处有一MgO致密层。皮肯(Picking)等将烧成油浸镁砖在空气中于1750℃进行重烧时，也发现了MgO致密层。此后，伦纳德(Leonard)等还发现沥青结合的ZnO或SiO2砖也能形成ZnO或SiO2致密层，但沥青结合的CaO、Al2O3或ZrO2砖确不能形成致密层;原因是后面这些氧化物较稳定，不易被还原，且还原出来的金属其蒸气压很小。我们在进行SiO2与碳压制的试样在高温下的实验，也发现过SiO2致密层。贝克对氩氧精炼炉(AOD)与氧气炼钢转炉两种冶炼与熔渣成分进行了比较(转炉炼钢渣与精炼渣最大不同是前者FeO含量高，一般在10%以上;而后者FeO含量低)之后，认为转炉中氧势高，而氩氧炉内氧势低。在氧气转炉炼钢中由于热面氧势比镁炭砖大得多，因此碳与 MgO反应产生的Mg蒸气向外扩散逸出时会被再氧化成MgO形成致密层，而氩氧炉内的氧势不能使Mg蒸气氧化形成致密层，而是逸出到炉衬外。金(Kim)等用沥青浸渍镁砖做实验，证实只有含FeO的熔渣才能形成MgO致密层。而且证明致密MgO层确有阻止熔渣渗透的作用。并提出了MgO致密层的破坏和重建的断续机理。最近于景坤等在镁炭坩埚内装入纯铁及CaO-SiO2-Al2O3渣 (实验后分析为CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣)，于 1700℃保温1h后，观察到镁炭坩埚与金属熔体接触部位有MgO致密层存在，但与熔渣接触部位未观察到MgO致密层。但该实验所用炉渣不含氧化铁，属精炼渣类型，而非转炉炼钢渣。
根据以上实验结果以及热力学上反应进行的可能性，MgO致密层形成示意图如图1所示。
形成MgO致密层的热力学条件是：
(1)温度必须在MgO+C=Mg+CO开始反应温度以上。
(2)在形成致密层附近的气氛中，氧压po2要能使反应：2Mg(g)+O2→2MgO(s)能进行。这两个热力学条件必须同时具备。此外，在动力学上还要求镁炭砖的蚀损速度要小于MgO致密层形成速度;否则Mg蒸气就会逸出到衬砖外的熔体。为了降低镁炭砖蚀损速度，提出了采用白云石造渣，增加熔渣中MgO含量或形成MgO饱和渣。
若能形成MgO致密层，其好处有以下两点：
图 1 MgO致密层形成示意图
(1)炉衬砖内成为封闭体系，砖内Pco与Pmg增大，使MgO与碳的开始反应温度升高，从而使镁炭砖内的自耗反应受到抑制;也使熔渣的渗入受阻。
(2)使衬砖热面颗粒之间有了新的联结强度，提高了衬砖的抗冲刷能力。
从实验室的一些研究结果，确实观察到了镁炭砖试样热面形成有MgO致密层。但至今却未见到在炼钢转炉使用后的镁炭残砖热面附近有MgO致密层的显微照片或报告。其原因何在?
其原因可能是：
(1)条件上的差异。实验室试验中，整个试样各部位都是处于同一高温温度，且在同一高温下保持一较长时间，而且实验都是在静态下进行的。但在炼钢转炉中，镁炭衬砖内存在较大温差;虽然炼钢温度为1600℃，但镁炭砖热面由于覆盖有渣层，可能热面温度就未能达到1600℃，砖内脱碳层与原砖层界面处温度可能更低，而砖的热面又处于动态条件;即使镁炭砖内发生自耗反应，但因温度低，Mg蒸气甚少;加之生产中的动态条件，气、液流体的流动冲刷，导致MgO致密层难以形成。
(2)在炼钢过程中，镁炭砖工作面总是覆盖了一层炉渣，使衬砖受到封闭，砖内CO与Mg压力增大，MgO与碳反应的开始温度增高;而砖内温度又未能达到反应的开始温度;或只约高于开始反应温度，其产生的 Mg蒸气甚微，不足以形成MgO致密层。采用溅渣护炉后，原砖层与熔渣之间 (有金属沉淀层、烧结层、结合层、渣层)相隔更大。
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