低碳镁碳砖抗氧化性能研究进展
发布日期： 2020-03-02 10:32:51 阅读量（552） 作者：刘梓明
近几年，以日本为代表，应用纳米技术的低碳镁碳砖已有了较大的发展。所采用的低碳镁碳砖大致可以分为两种类别：
①在使用条件下原位形成纳米炭纤维结合的低碳镁碳砖。这种砖中的wc =1%，在VOD钢包上的使用寿命是传统镁铬砖的两倍;
②纳米结构基质低碳镁碳砖，砖中的wc =3%〜5%。在日本，这种砖作为镁铬砖的替代产品，已广泛地应用于RH精炼炉，其使用寿命明显优于传统镁铬砖.
近年来，国内低碳镁碳砖的开发与应用也取得了较大的进展。Moriwaki等人将金属Al粉添加到低碳镁碳砖中，并研究了其对材料抗氧化性能的影响。研究发现，当金属Al粉含量小于6wt%时，随着Al粉添加量的增加，材料的抗氧化性提高。而所添加的金属Al粉最终会与材料内的物质反应形成镁铝尖晶石，从而在脱碳层形成致密层。在氧化过程中，致密的脱碳层可以抑制气态或液态的氧化性物质进一步侵入材料内部。因此，金属Al粉的添加量越大，生成的尖晶石量越多，那么所生成的致密层就会越厚，阻碍氧化性物质进一步侵入材料内部的能力就会越强，那么材料的抗氧化性会越好。
研究表明，如果能实现含碳耐火材料的低碳化，也可以提高材料的抗氧化性性能。与碳含量较高的材料相比，碳含量较低的材料中的MgO颗粒之间的间距较小，在材料的工作表面更容易形成富MgO致密层(保护层)，可以使氧化后的组织更致密，进一步阻碍氧化性气氛的传输，从而抑制材料中碳的氧化。
对于碳含量较低的镁碳耐火材料，氧化过程对材料的组织结构的影响也相对较小。相比于碳含量较高的镁碳砖，低碳镁碳耐火材料中镁砂颗粒之间距离的较小，这无论是对于形成富MgO致密层还是对于通过添加抗氧化剂提高材料的抗氧化性都是有益的。
连进，肖国庆等人研究了镁碳耐火材料中添加MgB2的效果。研究发现，MgB2在温度高于1000℃时即与CO反应，生成MgO、C和B2O3，MgO与B2O3会进一步反应生成Mg3B2O6;当温度高于1340℃时，Mg3B2O6熔化成为液相并填充在MgO骨料与基质之间，使镁碳耐火材料结构变得致密，有益于提高材料的抗氧化性性能;
此外，B2O3(l)蒸发遇到MgO会反应生成Mg3B2O6，在镁碳耐火材料表面形成致密层抑制材料的氧化。MgB2抗氧化效果次于B4C，优于金属Al粉和单质Si粉的抗氧化效果，镁碳耐火材料中MgB2的最佳添加量约为3wt%。实验中还发现将Al+10wt%MgB2添加到镁碳耐火材料中，取得了较好的抗氧化效果。
朱强，孙勇等人研究了SiC-Al2O3复合粉体的合成以及在低碳镁碳砖中的应用，发现在低碳镁碳砖中添加SiC-Al2O3复合粉体能明显提高其对氧化性炉渣的抗侵蚀性能和抗渗透性能。这是由于所添加的SiC-Al2O3复合粉体的颗粒非常细小，当炉渣与耐火材料接触时，添加的SiC-Al2O3复合粉体中的Al2O3很容易便融入炉渣中，同时复合粉体中的SiC颗粒也一同进入炉渣中。由于SiC在氧化物系炉渣中的溶解度很小，且SiC与炉渣的反应速度很慢，因此，SiC颗粒以固相的形式存在于渣中，这使得炉渣的表观黏度升高，从而延缓了炉渣对耐火材料的侵蚀。然而添加SiC-Al2O3复合粉体对其抗氧化性能的影响不大。
李亮，王世峰等人研究了Al4SiC4的制备及其对镁碳砖抗氧化性能的影响，发现Al4SiC4加入量为3~5wt%时，碳损失量降低了50~60wt%(1500℃，6h)。Al4SiC4能将被氧化的碳还原，同时将自身的C作为游离C加入到镁碳砖中补充碳源。此外，Al4SiC4分解生成的Al2O3、SiC与MgO反应最终生成镁铝尖晶石和镁橄榄石，从而在砖体表的面形成一层保护层阻止材料的进一步氧化。
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