提钒转炉用MgO-Fe-C砖性能研究

工程科学学报，第38卷，第11期：1590-1595,2016年11月 Chinese Journal of Engineering,Vol.38,No.11:1590-1595,November 2016 D0l:10.13374/j.issn2095-9389.2016.11.012:http://journals.ustb.edu.cn 提钒转炉用Mg0-Fe-C砖性能研究 刘磊四，孙文杰”，张灵犀”，李学慧》 1)东北大学治金学院，沈阳1108192)鞍钢斯多伯格三一治金材料有限公司，鞍山114013 ☒通信作者，E-mail:15702413405@163.com 摘要为延长MgO-C砖在提钒转炉上的使用寿命，本研究开发了一种新型MgOF©C砖，通过与传统的MgO-C砖进行对 比研究，考察这种新型耐火材料的使用性能.研究结果表明：在1400℃的使用温度下，导致提钒转炉用Mg0C砖使用寿命 短的原因是脱碳层的烧结性差，抗冲刷性不理想：而对于本研究所开发的MgO-FC砖，铁粉在氧化层氧化及使用条件下原 位形成MgO-FOss,有效地改善脱碳层的烧结性能，并形成致密且高结合强度的脱碳层，显著地提高了耐火材料的抗熔渣侵 蚀性和抗氧化性，有利于耐火材料寿命的提高，因此Mg0-FC砖是具有良好应用前景的提钒转炉用Mg0C砖的替代品. 关键词耐火材料：砖；使用性能：钒治金：转炉 分类号TQ175.71 Study on the properties of MgO-Fe-C bricks as the linings of vanadium-extraction converters LIU Lei),SUN Wen-jie,ZHANG Ling-i,LI Xue-hui) 1)School of Metallurgy,Northeastem University,Shenyang 110819,China 2)Angang Stollberg Samil Co.Lid.,Anshan 114013,China Corresponding author,E-mail:15702413405@163.com ABSTRACT To extend the service life of MgO-C bricks which used as the linings of vanadium-extraction converters,MgO-Fe-C bricks were fabricated in this study.The service properties of this novel refractory were comparatively investigated between traditional MgO-C bricks and MgO-Fe-C bricks.The results show that the poor sinterability and anti-erosion property of the decarburized layer at the service temperature of 1400 C are responsible for the short service life of MgO-C bricks.However,for Mgo-Fe-C bricks,Fe particles are oxidized in the oxidized layer and in-situ MgO-FeOss forms under the working condition.This can effectively improve the sintering performance,form a decarburized layer with enhanced compactness and bonding strength,and significantly improve the oxidation resistance and slag corrosion resistance of this layer,contributing to extend the service life.Mgo-Fe-C bricks have a prom- ising prospect of applications in the substitute for MgO-C bricks as the linings of vanadium-extraction converters. KEY WORDS refractory materials:bricks:service performance;vanadium metallurgy:converters 过去的近50年中，在炼钢转炉内衬用耐火材料的 与普通炼钢转炉的高温(1600℃以上)、高碱度和 应用上有两项非常杰出的技术革新，一项是日本研究人 高氧化性相比，提钒转炉在较低温度(1400℃左右)、 员发明用来替代镁砖的镁碳砖，另一项是美国研究人 低碱度和高氧化性环境下工作四.也就是说，提钒转 员所提出的溅渣护炉技术网，这两项技术发明对炼钢转 炉与普通炼钢转炉的工作环境只有氧化性炉渣这一点 炉用耐火材料使用寿命的提高具有深远的意义. 相似，因此提钒转炉与普通炼钢转炉的工作环境存在 收稿日期：201509-21 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51174049,51174052,51374057,51374062)

工程科学学报，第 38 卷，第 11 期: 1590--1595，2016 年 11 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 38，No． 11: 1590--1595，November 2016 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2016． 11． 012; http: / /journals． ustb． edu． cn 提钒转炉用 MgO--Fe--C 砖性能研究 刘 磊1) ，孙文杰1) ，张灵犀1) ，李学慧2) 1) 东北大学冶金学院，沈阳 110819 2) 鞍钢斯多伯格三一冶金材料有限公司，鞍山 114013  通信作者，E-mail: 15702413405@ 163． com 摘 要 为延长 MgO--C 砖在提钒转炉上的使用寿命，本研究开发了一种新型 MgO--Fe--C 砖，通过与传统的 MgO--C 砖进行对 比研究，考察这种新型耐火材料的使用性能． 研究结果表明: 在 1400 ℃ 的使用温度下，导致提钒转炉用 MgO--C 砖使用寿命 短的原因是脱碳层的烧结性差，抗冲刷性不理想; 而对于本研究所开发的 MgO--Fe--C 砖，铁粉在氧化层氧化及使用条件下原 位形成 MgO--FeOss，有效地改善脱碳层的烧结性能，并形成致密且高结合强度的脱碳层，显著地提高了耐火材料的抗熔渣侵 蚀性和抗氧化性，有利于耐火材料寿命的提高，因此 MgO--Fe--C 砖是具有良好应用前景的提钒转炉用 MgO--C 砖的替代品． 关键词 耐火材料; 砖; 使用性能; 钒冶金; 转炉 分类号 TQ175. 71 Study on the properties of MgO--Fe--C bricks as the linings of vanadium-extraction converters LIU Lei 1)  ，SUN Wen-jie 1) ，ZHANG Ling-xi 1) ，LI Xue-hui 2) 1) School of Metallurgy，Northeastern University，Shenyang 110819，China 2) Angang Stollberg ＆ Samil Co． Ltd． ，Anshan 114013，China  Corresponding author，E-mail: 15702413405@ 163． com ABSTＲACT To extend the service life of MgO--C bricks which used as the linings of vanadium-extraction converters，MgO--Fe--C bricks were fabricated in this study． The service properties of this novel refractory were comparatively investigated between traditional MgO--C bricks and MgO--Fe--C bricks． The results show that the poor sinterability and anti-erosion property of the decarburized layer at the service temperature of 1400 ℃ are responsible for the short service life of MgO--C bricks． However，for MgO--Fe--C bricks，Fe particles are oxidized in the oxidized layer and in-situ MgO--FeOss forms under the working condition． This can effectively improve the sintering performance，form a decarburized layer with enhanced compactness and bonding strength，and significantly improve the oxidation resistance and slag corrosion resistance of this layer，contributing to extend the service life． MgO--Fe--C bricks have a prom￾ising prospect of applications in the substitute for MgO--C bricks as the linings of vanadium-extraction converters． KEY WOＲDS refractory materials; bricks; service performance; vanadium metallurgy; converters 收稿日期: 2015--09--21 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51174049，51174052，51374057，51374062) 过去的近 50 年中，在炼钢转炉内衬用耐火材料的 应用上有两项非常杰出的技术革新，一项是日本研究人 员发明用来替代镁砖的镁碳砖［1］，另一项是美国研究人 员所提出的溅渣护炉技术［2］，这两项技术发明对炼钢转 炉用耐火材料使用寿命的提高具有深远的意义． 与普通炼钢转炉的高温( 1600 ℃ 以上) 、高碱度和 高氧化性相比，提钒转炉在较低温度( 1400 ℃ 左右) 、 低碱度和高氧化性环境下工作［3］． 也就是说，提钒转 炉与普通炼钢转炉的工作环境只有氧化性炉渣这一点 相似，因此提钒转炉与普通炼钢转炉的工作环境存在

刘磊等：提钒转炉用Mg0-FeC砖性能研究 ·1591· 很大的差异.目前，提钒转炉用耐火材料普遍借鉴炼 对于烧成后的试样，利用阿基米德法测量其体积 钢转炉用镁碳砖，其结果是产生如下两方面的问题 密度和显气孔率四.通过测量其氧化层的厚度来衡 其一，碱性的耐火材料组分MgO抵抗酸性钒渣的侵蚀 量其抗氧化性2-围.将干燥的圆柱形砖钻孔来制备内 能力不足，不仅影响炉衬寿命，同时影响钒渣品位；其 径为26mm深度为40mm的坩埚，然后通过测量含钒 二，抗冲刷性能差，即使采用溅渣护炉技术也很不理 炉渣（各组分的质量分数分别为32.92%F0,7.68% 想.这主要是由于在低于1400℃的治炼温度下，脱碳 Fe203,2.269%Ca0,1.99%Mg0,16.31%Si02, 层中镁砂难以在如此低温条件下实现良好烧结，导致1.68%l,03,8.37%T02,14.85%V20,5.27% 镁碳砖中脱碳层的强度很低，与原砖层的结合强度也 Cr,0,8.53%Mn0,以及0.14%P20,通过X射线荧 很弱.当采用溅渣护炉工艺时，即使能够形成有效的 光光谱分析)浸入坩埚的深度，观察在1400℃下保温 溅渣层，由于脱碳层的强度很低，在炉内熔池冲刷的作 4h后坩埚的显微结构来测定其抗渣性.利用X射线 用下，很容易导致溅渣层脱落习.因此，目前国内外 粉末衍射仪(XRD,Xpert PRO,荷兰)测定其物相组 提钒转炉的溅渣护炉效果都非常有限，提钒转炉的寿 成，实验条件为Cu靶射线(A=0.15406nm),步长 命也仅为7000炉次左右，明显低于普通的炼钢转炉的 0.02°(20)，扫描速度2°·min,扫描范围10°~90°； 10000炉次以上，不仅严重影响提钒转炉作业率，也影 利用扫描电镜和能谱分析仪(SEM,SSX550,日本)观 响生产成本阿， 察其显微结构 为延长提钒转炉用耐火材料的使用寿命，已经有 研究人员探索过在提钒转炉使用条件下镁碳砖的损耗 2结果与讨论 机理7，而且发明了A,0,SiCC系耐火材料来替代2.1理化性能实验研究 在提钒转炉工作条件下使用的镁碳砖，但就提钒转炉 1400℃保温3h氧化处理后耐火砖的体积密度和 用镁碳砖较差的抗酸性钒渣侵蚀能力，有关提高其抗 显气孔率随铁粉添加量的变化关系分别如图1和图2 渣侵蚀性能的研究还很少@.考虑到目前提钒转炉 所示.从图中可以看出，对于碳质量分数为14%的镁 内衬用耐火材料的使用现状，本研究设计了一种新型 碳砖，其体积密度和显气孔率分别为2.70g·cm3和 的提钒转炉内衬用耐火材料，并通过与传统的镁碳砖 19.9%.当镁碳砖的碳质量分数为16%时，其抗氧化 进行对比来研究这种新型耐火材料的使用性能 性显著降低，显气孔率增加到23.4%.随铁粉添加量 增加，试样的体积密度略有增加，显气孔率明显减少， 1 实验材料和实验方法 当铁粉的质量分数为12%时，对于碳质量分数分别为 以电熔镁砂（纯度≥98.5%），片状石墨（纯度≥ 14%和16%的镁碳砖，显气孔率分别降至16.8%和 98.0%)和铁粉（纯度≥99.5%、平均粒度小于0.074 18.5%,表明添加铁粉有利于提高脱碳后耐火材料的 mm)为初始原料，用酚醛树脂做黏合剂.根据耐火砖 致密度 使用位置的不同配两种混合原料，石墨质量分数分别 3.5 ZZ☑MT14 为14%（金属液处炉衬）和16%（渣线处炉衬），然后 3.0 MT16 分别添加质量分数为8%、10%和12%的铁粉，如表1 所示.将混合后的干燥粉末颗粒在500MPa的压力制 2.5 成50mm×60mm的圆柱形试样，制成后于200℃下 2. 固化24h,然后于1400℃保温3h烧成. .5 表1Mg0-fe-C砖的化学组成（质量分数） Table 1 Composition of the Mgo-Fe-C refractories 批次 Mg0熟料 石墨树脂（外加）Fe粉（外加） MT140 86 家 4 0 P 10 12 MT148 86 14 4 8 上e粉质量分数/% MT14-0 6 14 4 10 图1耐火砖1400℃保温3h烧成后的体积密度 MT14-2 86 14 12 Fig.1 Bulk density of the bricks after heating at 1400C for 3 h in MT160 84 16 4 0 air MT168 16 4 8 2.2抗氧化性实验研究 MT1610 8 6 4 0 图3是碳质量分数为16%时，未添加铁粉的镁碳 MT16-2 84 16 4 砖与添加10%铁粉的镁碳砖经1400℃保温3h氧化

刘 磊等: 提钒转炉用 MgO--Fe--C 砖性能研究 很大的差异． 目前，提钒转炉用耐火材料普遍借鉴炼 钢转炉用镁碳砖，其结果是产生如下两方面的问题． 其一，碱性的耐火材料组分 MgO 抵抗酸性钒渣的侵蚀 能力不足，不仅影响炉衬寿命，同时影响钒渣品位; 其 二，抗冲刷性能差，即使采用溅渣护炉技术也很不理 想． 这主要是由于在低于 1400 ℃ 的冶炼温度下，脱碳 层中镁砂难以在如此低温条件下实现良好烧结，导致 镁碳砖中脱碳层的强度很低，与原砖层的结合强度也 很弱． 当采用溅渣护炉工艺时，即使能够形成有效的 溅渣层，由于脱碳层的强度很低，在炉内熔池冲刷的作 用下，很容易导致溅渣层脱落［4 － 5］． 因此，目前国内外 提钒转炉的溅渣护炉效果都非常有限，提钒转炉的寿 命也仅为 7000 炉次左右，明显低于普通的炼钢转炉的 10000 炉次以上，不仅严重影响提钒转炉作业率，也影 响生产成本［6］． 为延长提钒转炉用耐火材料的使用寿命，已经有 研究人员探索过在提钒转炉使用条件下镁碳砖的损耗 机理［7--9］，而且发明了 Al2O3 --SiC--C 系耐火材料来替代 在提钒转炉工作条件下使用的镁碳砖，但就提钒转炉 用镁碳砖较差的抗酸性钒渣侵蚀能力，有关提高其抗 渣侵蚀性能的研究还很少［10］． 考虑到目前提钒转炉 内衬用耐火材料的使用现状，本研究设计了一种新型 的提钒转炉内衬用耐火材料，并通过与传统的镁碳砖 进行对比来研究这种新型耐火材料的使用性能． 1 实验材料和实验方法 以电熔镁砂( 纯度≥98. 5% ) ，片状石墨( 纯度≥ 98. 0% ) 和铁粉( 纯度≥99. 5% 、平均粒度小于 0. 074 mm) 为初始原料，用酚醛树脂做黏合剂． 根据耐火砖 使用位置的不同配两种混合原料，石墨质量分数分别 为 14% ( 金属液处炉衬) 和 16% ( 渣线处炉衬) ，然后 分别添加质量分数为 8% 、10% 和 12% 的铁粉，如表 1 所示． 将混合后的干燥粉末颗粒在 500 MPa 的压力制 成 50 mm × 60 mm 的圆柱形试样，制成后于 200 ℃ 下 固化 24 h，然后于 1400 ℃保温 3 h 烧成． 表 1 MgO--Fe--C 砖的化学组成( 质量分数) Table 1 Composition of the MgO--Fe--C refractories % 批次 MgO 熟料 石墨 树脂( 外加) Fe 粉( 外加) MT14-0 86 14 4 0 MT14-8 86 14 4 8 MT14-10 86 14 4 10 MT14-12 86 14 4 12 MT16-0 84 16 4 0 MT16-8 84 16 4 8 MT16-10 84 16 4 10 MT16-12 84 16 4 12 对于烧成后的试样，利用阿基米德法测量其体积 密度和显气孔率［11］． 通过测量其氧化层的厚度来衡 量其抗氧化性［12--13］． 将干燥的圆柱形砖钻孔来制备内 径为 26 mm 深度为 40 mm 的坩埚，然后通过测量含钒 炉渣( 各组分的质量分数分别为 32. 92% FeO，7. 68% Fe2 O3，2. 26% CaO，1. 99% MgO，16. 31% SiO2， 1. 68% Al2 O3，8. 37% TiO2，14. 85% V2 O5，5. 27% Cr2O3，8. 53% MnO，以及0. 14% P2O5，通过 X 射线荧 光光谱分析) 浸入坩埚的深度，观察在 1400 ℃ 下保温 4 h后坩埚的显微结构来测定其抗渣性． 利用 X 射线 粉末衍射仪( XＲD，X'pert PＲO，荷兰) 测定其物相组 成，实 验 条 件 为 Cu 靶 射 线( λ = 0. 15406 nm) ，步 长 0. 02° ( 2θ) ，扫描速度 2°·min － 1 ，扫描范围 10° ～ 90°; 利用扫描电镜和能谱分析仪( SEM，SSX-550，日本) 观 察其显微结构． 2 结果与讨论 2. 1 理化性能实验研究 1400 ℃保温 3 h 氧化处理后耐火砖的体积密度和 显气孔率随铁粉添加量的变化关系分别如图 1 和图 2 所示． 从图中可以看出，对于碳质量分数为 14% 的镁 碳砖，其体积密度和显气孔率分别为 2. 70 g·cm － 3 和 19. 9% ． 当镁碳砖的碳质量分数为 16% 时，其抗氧化 性显著降低，显气孔率增加到 23. 4% ． 随铁粉添加量 增加，试样的体积密度略有增加，显气孔率明显减少， 当铁粉的质量分数为 12% 时，对于碳质量分数分别为 14% 和 16% 的镁碳砖，显气孔率分别降至 16. 8% 和 18. 5% ，表明添加铁粉有利于提高脱碳后耐火材料的 致密度． 图 1 耐火砖 1400 ℃保温 3 h 烧成后的体积密度 Fig． 1 Bulk density of the bricks after heating at 1400 ℃ for 3 h in air 2. 2 抗氧化性实验研究 图 3 是碳质量分数为 16% 时，未添加铁粉的镁碳 砖与添加 10% 铁粉的镁碳砖经 1400 ℃ 保温 3 h 氧化 ·1591·

·1592· 工程科学学报，第38卷，第11期 添加铁粉后，其金属相Fe氧化后形成Fe0（如式(1) ▣MT14 ▣MT16 所示)，并在高温时固溶到方镁石晶粒中，形成MgO一 20 FeOss(如式(2)所示).冷却过程中，Fe0从Mg0- FeOss中析出并进一步被氧化成Fe203(如式(3)所 示)，最后再与Mg0反应形成少量的Mg0·Fe203(如 式(4)所示).因此，氧化层中的主晶相为MgOss和 MgO-Fe,O,0 2Fe+02(g)=2Fe0 (1) Fe0+MgOMg0-FeOss. (2) 2Fe0+0.502(g)=fe,0. (3) 10 F粉质量分数% Fe,03+Mg0=Mg0-fe203· (4) 图2耐火砖1400℃保温3h烧成后的显气孔率 图4是碳质量分数为16%时，未添加铁粉的镁碳 Fig.2 Apparent porosity of the bricks after heating at 1400 C for 3h 砖和添加10%铁粉的试样经1400℃保温3h氧化处理 in air 后的实物照片.对于氧化后的镁碳砖，形成了一层厚 度为4~5mm的氧化层：而对于添加质量分数为10% 铁粉后的试样，则有一层厚度为3~4mm的氧化层. ●Mg) ◆MgO 从图中可以看出：镁碳砖的脱碳层结构粗糙，并由于脱 ★MgFe,O, 碳层强度低在切割时造成大量脱落：而对于添加10% 铁粉的试样，外形规则，表明脱碳层具有良好的结合强 度，这是由于MgO-FeOss的形成而使氧化层变得致密 进而提高该体系耐火材料抗氧化性.此外，少量Fe粉 在Mg0-C砖中可起到催化作用，使片状石墨转化为其 他晶型，一定程度上也可以阻止镁碳砖氧化. 3MT16-10★大变 ◆ 图5是碳质量分数为16%时，未添加铁粉的镁碳 M'T16-0 砖和添加10%铁粉的试样经1400℃保温3h氧化后基 质部分的显微结构.由图可以看出：镁碳砖基质中的 20 30 40 50 60 80 20/) 镁砂细粉均呈分散状的孤立分布，气孔率很高，颗粒间 结合强度很差，说明在1400℃（提钒转炉实际生产最 图31400℃保温3h氧化实验后Mg0feC的X射线衍射图谱 Fig.3 XRD patterns of the bricks after drying and heating at 1400C 高温度)条件下，镁碳砖不能实现有效烧结：而对于 for 3h in air 添加了铁粉的试样，基质中的镁砂细粉尺寸明显增大， 并有效地实现连接，致密度显著提高.因此可以认为， 后的X射线衍射分析结果.从图中可以看出，对于未 添加铁粉的镁碳砖中基质能够有效地实现烧结，提高 添加铁粉的试样，氧化层中只检测到方镁石的存在. 脱碳层的强度.当采用溅渣护炉工艺时，有利于实现 图41400℃保温3h氧化后耐火材料实物照片.(a)MT160:(b)MT160 Fig.4 Optical photographs of the bricks after heating at 1400C for 3 h in air:(a)MT16-0:(b)MT16-0

工程科学学报，第 38 卷，第 11 期 图 2 耐火砖 1400 ℃保温 3 h 烧成后的显气孔率 Fig． 2 Apparent porosity of the bricks after heating at 1400 ℃ for 3 h in air 图 3 1400 ℃保温3 h 氧化实验后 MgO--Fe--C 的 X 射线衍射图谱 Fig． 3 XＲD patterns of the bricks after drying and heating at 1400 ℃ for 3 h in air 后的 X 射线衍射分析结果． 从图中可以看出，对于未 图 4 1400 ℃保温 3 h 氧化后耐火材料实物照片． ( a) MT16-0; ( b) MT16-10 Fig． 4 Optical photographs of the bricks after heating at 1400 ℃ for 3 h in air: ( a) MT16-0; ( b) MT16-10 添加铁粉的试样，氧化层中只检测到方镁石的存在． 添加铁粉后，其金属相 Fe 氧化后形成 FeO ( 如式( 1) 所示) ，并在高温时固溶到方镁石晶粒中，形成 MgO-- FeOss ( 如式( 2 ) 所 示) ． 冷 却 过 程 中，FeO 从 MgO-- FeOss 中析出并进一步 被 氧 化 成 Fe2 O3 ( 如 式( 3) 所 示) ，最后再与 MgO 反应形成少量的 MgO·Fe2 O3 ( 如 式( 4) 所示) ． 因此，氧 化 层 中 的 主 晶 相 为 MgOss 和 MgO·Fe2O3 ［14］． 2Fe + O2 ( g) 2FeO ( 1) FeO + MgO 幑幐MgO--FeOss． ( 2) 2FeO + 0. 5O2 ( g) Fe2O3 ． ( 3) Fe2O3 + MgO MgO·Fe2O3 ． ( 4) 图 4 是碳质量分数为 16% 时，未添加铁粉的镁碳 砖和添加 10% 铁粉的试样经 1400 ℃保温 3 h 氧化处理 后的实物照片． 对于氧化后的镁碳砖，形成了一层厚 度为 4 ～ 5 mm 的氧化层; 而对于添加质量分数为 10% 铁粉后的试样，则有一层厚度为 3 ～ 4 mm 的氧化层． 从图中可以看出: 镁碳砖的脱碳层结构粗糙，并由于脱 碳层强度低在切割时造成大量脱落; 而对于添加 10% 铁粉的试样，外形规则，表明脱碳层具有良好的结合强 度，这是由于 MgO--FeOss 的形成而使氧化层变得致密 进而提高该体系耐火材料抗氧化性． 此外，少量 Fe 粉 在 MgO--C 砖中可起到催化作用，使片状石墨转化为其 他晶型，一定程度上也可以阻止镁碳砖氧化． 图 5 是碳质量分数为 16% 时，未添加铁粉的镁碳 砖和添加 10% 铁粉的试样经 1400 ℃保温 3 h 氧化后基 质部分的显微结构． 由图可以看出: 镁碳砖基质中的 镁砂细粉均呈分散状的孤立分布，气孔率很高，颗粒间 结合强度很差，说明在 1400 ℃ ( 提钒转炉实际生产最 高温度) 条件下，镁碳砖不能实现有效烧结［15］; 而对于 添加了铁粉的试样，基质中的镁砂细粉尺寸明显增大， 并有效地实现连接，致密度显著提高． 因此可以认为， 添加铁粉的镁碳砖中基质能够有效地实现烧结，提高 脱碳层的强度． 当采用溅渣护炉工艺时，有利于实现 ·1592·

刘磊等：提钒转炉用Mg0-FeC砖性能研究 ·1593· 0.5mm mm 0.3 mm 图51400℃保温3h氧化后MT16镁碳砖中基质部分的显微结构.(a)MT160:(b)MT160放大图：(c)MT1610:(d)MT1610放大图 Fig.5 Microstructures of the matrix in MT16-4 and MT16-0 bricks after heating at 1400 C for 3 h:(a)MT16-0:(b)Magnification of MT16-0; (c)MT16-0:(d)Magnification of MT16-0 溅渣层与耐火材料间的良好结合，促进提钒转炉寿命 方镁石晶粒之间的距离，从而有效地促进物质的扩散， 的提高. 进而促进氧化层中方镁石的烧结过程 此外，由图5(c)和()可以看出，氧化层中铁粉消 2.3抗渣侵实验研究 失，小的方镁石晶粒已经从灰色完全变成了亮灰色 图6分别是添加铁粉与未添加铁粉的镁碳砖经 通过能谱分析可知，亮灰色区域由MgO-FeOss和 1400℃保温4h渣侵处理后的实物照片.由图可以 看出：未加铁粉的试样，钒渣侵蚀严重，侵蚀最严重 MgOFe,0,组成.Mg0-FeOss的形成促进氧化层烧结 的坩埚中部已经完全侵蚀：而对于加入铁粉的试样， 主要体现在以下两个方面： 坩埚内型完整，仅有少量钒渣渗入，坩埚底部还存在 (1)Mg0-FeOss固溶体形成过程中Fe2·取代部 明显的未脱碳层，体现了良好的抗侵蚀性.这是由于 分Mg2*使方镁石晶粒产生晶格畸变，进而提高方镁石 加入铁粉以后，脱碳层组织致密度和颗粒间结合强 的烧结活性； 度提高 (2)Mg0fOss的生成所伴随的体积膨胀缩短了 图7和图8分别是碳质量分数为16%时，未添加 图6热处理试样经1400℃保温4h渣侵实验后纵截面照片.(a)MT160:(b)MT1610 Fig.6 Longitudinal section photographs of crucibles with vanadium slag after heating at 1400C for 4 h:(a)MT16-0:(b)MT16-0

刘 磊等: 提钒转炉用 MgO--Fe--C 砖性能研究 图 5 1400 ℃保温 3 h 氧化后 MT16 镁碳砖中基质部分的显微结构． ( a) MT16-0; ( b) MT16-0 放大图; ( c) MT16-10; ( d) MT16-10 放大图 Fig． 5 Microstructures of the matrix in MT16-0 and MT16-10 bricks after heating at 1400 ℃ for 3 h: ( a) MT16-0; ( b) Magnification of MT16-0; ( c) MT16-10; ( d) Magnification of MT16-10 溅渣层与耐火材料间的良好结合，促进提钒转炉寿命 的提高． 图 6 热处理试样经 1400 ℃保温 4 h 渣侵实验后纵截面照片． ( a) MT16-0; ( b) MT16-10 Fig． 6 Longitudinal section photographs of crucibles with vanadium slag after heating at 1400 ℃ for 4 h: ( a) MT16-0; ( b) MT16-10 此外，由图5( c) 和( d) 可以看出，氧化层中铁粉消 失，小的方镁石晶粒已经从灰色完全变成了亮灰色． 通过能 谱 分 析 可 知，亮 灰 色 区 域 由 MgO--FeOss 和 MgO·Fe2O3组成． MgO--FeOss 的形成促进氧化层烧结 主要体现在以下两个方面: ( 1) MgO--FeOss 固溶体形成过程中 Fe 2 + 取代部 分 Mg 2 + 使方镁石晶粒产生晶格畸变，进而提高方镁石 的烧结活性; ( 2) MgO--FeOss 的生成所伴随的体积膨胀缩短了 方镁石晶粒之间的距离，从而有效地促进物质的扩散， 进而促进氧化层中方镁石的烧结过程． 2. 3 抗渣侵实验研究 图 6 分别是添加铁粉与未添加铁粉的镁碳砖经 1400 ℃ 保温 4 h 渣侵处理后的实物照片． 由图可以 看出: 未加铁粉的试样，钒渣侵蚀严重，侵蚀最严重 的坩埚中部已经完全侵蚀; 而对于加入铁粉的试样， 坩埚内型完整，仅有少量钒渣渗入，坩埚底部还存在 明显的未脱碳层，体现了良好的抗侵蚀性． 这是由于 加入铁粉以后，脱碳层组织致密度和颗粒间结合强 度提高． 图 7 和图 8 分别是碳质量分数为 16% 时，未添加 ·1593·

·1594· 工程科学学报，第38卷，第11期 0 Mg Fe Mn 图7MT160试样渣侵实验后渣砖界面能谱分析结果 Fig.7 EDX analysis results of on the interface of MT16-0 crucibles after slag corrosion test Si 图8MT1610试样渣侵实验后渣砖界面能谱分析结果 Fig.8 EDX analysis on the interface of MT16-0 crucibles after slag corrosion test

工程科学学报，第 38 卷，第 11 期 图 7 MT16-0 试样渣侵实验后渣砖界面能谱分析结果 Fig． 7 EDX analysis results of on the interface of MT16-0 crucibles after slag corrosion test 图 8 MT16-10 试样渣侵实验后渣砖界面能谱分析结果 Fig． 8 EDX analysis on the interface of MT16-10 crucibles after slag corrosion test ·1594·