钢包“延寿”如何选材？

镁铝碳砖具有优良的综合性能，被广泛用于钢包熔池及包底部位。镁铝碳砖在使用过程中能够生成铝镁尖晶石而产生持续的残余膨胀，使得钢包在经历若干个渣线挖修的小修周期后，熔池和包底部位仍然不会产生砖缝或冷钢，这一点是应用镁碳砖很难做到的，因而其在熔池和包底部位的使用性能甚至优于镁碳砖。

   对此，有研究人员专门研究了镁铝碳材料中Al2O3质原料的种类和粒度对镁铝碳材料显气孔率、体积密度、耐压强度、加热永久线变化和抗渣侵蚀性的影响。

   对比试验提供依据

   原料的选用。试验用主要原料为97级电熔镁砂、特级高铝矾土熟料、电熔刚玉、鳞片石墨、抗氧化剂、热固性酚醛树脂。主要原料的化学组成如下：电熔镁砂中SiO2含量0.56%、MgO含量97.5%、CaO含量1.16%；高铝矾土熟料中Al2O3含量88.0%、Fe2O3含量1.82%、TiO2含量3.41、K2O+Na2O含量0.18%；电熔刚玉中SiO2含量1.60%、Al2O3含量95.1%、Fe2O3含量0.65%、TiO2含量1.91、K2O+Na2O含量0.20%；石墨中C含量97.3%。

   试样制备。按不同的组成配料后，研究人员按骨料-热固性树脂-石墨-细粉的顺序将原料加入小型试验用混碾机内混练40分钟~50分钟。在500kN摩擦压力机上制成25mm×25mm×150mm和50mm×50mm×50mm的块状试样，在400吨摩擦压砖机上压制成230mm×114mm×65mm的标砖试样，自然干燥12小时后，在隧道窑中于180℃保温48小时固化，25mm×25mm×150mm和50mm×50mm×50mm的块状试样继续在1600℃埋炭(石墨)气氛中热处理3小时。

   性能检测。随后，研究人员按相关标准检测了1600℃热处理后试样的显气孔率、体积密度和加热永久线变化。抗渣试验采用回转抗渣法。试验用渣为高碱度电炉渣，其化学组成为：SiO2含量14.06%，Al2O3含量18.20%，Fe2O3含量2.06%，CaO含量55.11%，MgO含量10.05%，TiO2含量0.52%，碱度(CaO与SiO2的质量比)为3.92。将180℃固化后的230mm×114mm×65mm标砖试样加工成斜口砖后砌筑于回转抗渣炉内，内部放置0.5kg电炉渣，然后以煤气-氧气火焰为热源加热升温。到达预定温度1600℃时计时，每间隔0.5小时、分6次投入总共3.0kg电炉渣，3小时后倒出残余熔渣。停止试验并自然冷却后，平行于试样的4条长棱并通过侵蚀面将试样切开，测量试样的侵蚀层厚度，按下式计算试样的侵蚀指数：侵蚀指数=Ti/T×100，式中：T为侵蚀层厚度最大的试样的侵蚀层厚度(单位mm)；Ti为其余试样的侵蚀厚度(单位mm)。

   随后，研究人员采用特定型号的扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)以及X射线衍射仪对渣蚀后试样进行了显微结构观察和物相分析。

   科学分析得出成果

   试样的性能指标。通过对1600℃热处理后试样的性能观察，可以看出：当Al2O3质原料种类相同时，随着Al2O3质原料粒度的减小，热处理后试样的显气孔率、体积密度和常温耐压强度变化很小，烧后永久线变化和侵蚀指数则显著增大；当Al2O3质原料粒度相同时，采用特级高铝矾土熟料的试样在显气孔率、体积密度和耐压强度方面与采用电熔刚玉的试样的相差很小，加热永久线变化和侵蚀指数显著大于后者。

   在Al2O3质原料种类相同的情况下，Al2O3质原料粒度越小，越容易与电熔镁砂反应生成铝镁尖晶石。其体积膨胀效应也越大，因此烧后永久线变化也越大。

   在Al2O3质原料粒度相同的情况下，由于特级高铝矾土熟料的杂质含量高于电熔刚玉的，高温热处理过程中形成的液相多，有利于Al2O3与MgO反应生成铝镁尖晶石。同时，由于采用特级高铝矾土熟料的试样中的液相较多，其抗渣侵蚀性也比采用电熔刚玉的试样差。

   侵蚀后试样的显微结构。通过对抗渣试验后试样变质层的SEM照片分析可知，镁铝碳材料中的尖晶石反应是围绕Al2O3质原料颗粒进行的。

   此外，观察抗渣试验后某试样侵蚀层的SEM照片可以看出：其侵蚀层很厚；通过能谱分析可知，侵蚀层中标注为“M”的颗粒均为镁砂颗粒，呈孤岛状分布在渣侵蚀层中，但不存在刚玉颗粒和尖晶石颗粒。对侵蚀层取样进行的XRD分析也表明，侵蚀层的主要物相为方镁石以及C2S、C3A、C12A7等低熔点相，没有刚玉相和尖晶石相。

   从SEM及XRD(X射线衍射)的分析结果可知，该试样中≤1mm刚玉颗粒在被渣侵蚀的过程中可能没有来得及与MgO形成尖晶石，或者形成尖晶石后被迅速侵蚀，与渣中大量的CaO等杂质成分反应生成了各种低熔点相，从而导致镁铝碳砖先从基质部分被侵蚀损毁，致使镁砂骨料呈孤岛状残存于渣中，形成了凸凹不平的表面。

   综上可知，镁铝碳材料中引入矾土或刚玉的粒度越小，镁铝碳材料的烧后永久线变化越大，抗高碱度渣侵蚀性越差。同时，矾土和刚玉以相同粒度引入镁铝碳材料中时，采用矾土的镁铝碳材料的烧后永久线变化大于采用刚玉的，抗高碱度渣侵蚀性也差于采用刚玉的。