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MgO-C质耐火材料因含有良好导热性、韧性及难被熔渣润湿性的石墨,表现出较好的耐侵蚀性和热震稳定性,广泛应用于高温和钢铁冶金工业中。目前对MgO-C耐火材料的研究主要集中在如何改善其热导率、抗氧化和抗热震性能上。而实际上,MgO-C耐火材料在电磁搅拌、电弧炉和感应炉等领域下使用时,熔渣与耐火材料的界面反应都不可避免的受到电磁场作用。因此本文将研究电磁场对MgO-C质耐火材料渣蚀机理的影响。以MgO-C质耐火材料为研究对象,采用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱分别对渣蚀试样的物相、显微结构和微区成分进行分析。研究了还原/氩气氛下电磁场环境对MgO-C耐火材料渣蚀机理和MgO致密层形成的影响,同时研究了电磁场作用下碳含量、熔渣碱度等因素对MgO-C耐火材料抗渣蚀性能的影响。
分别在有无电磁场环境下,在保护气氛中,研究了电磁场对MgO-C砖抗熔渣侵蚀性的影响。结果表明,在电磁场环境下,低碳(6%)MgO-C砖渣蚀后,试样过渡层结构较紧密,熔渣中高温相包括镁铝尖晶石和镁铁(锰)固溶体,并堆积在过渡层中。低熔相主要为钙镁橄榄石。侵蚀过程中熔渣中Fe2O3、MnO被还原成金属单质,分布在过渡层中。无电磁场环境下,试样过渡层存在MgO致密层,高温相只有镁铝尖晶石相,零散分布在侵蚀层中。低熔相为黄长石和镁蔷薇辉石,熔渣中除了Fe2O3、MnO外,还有TiO2、V2O5被还原成金属单质。在电磁场环境下,碳含量14%的MgO-C砖,其低熔相沿着固溶体间隙渗透,低熔相中Fe2O3、MnO被石墨还原成金属单质,分布在过渡层中高温相之间。无电磁场环境下没有明显的过渡层,低熔相中氧化物被还原成金属单质,集中分布在熔渣与MgO-C砖界面处。侵蚀层中镁铝尖晶石呈均匀分布状态。研究发现,电磁场促进熔渣对MgO-C砖润湿及旋转、搅拌,使MgO-C砖侵蚀较严重。分别在有无电磁场环境下,研究了碳含量对MgO-C砖抗熔渣侵蚀性能的影响。分析表明,有电磁场存在时,随着碳含量的增加,MgO-C砖的抗渗透能力提高,但镁砂的剥落较快,侵蚀深度较大。随着碳含量的增加,镁砂先剥落后溶解于渣中,没有形成镁铝尖晶石。碳含量较低时低熔相形成镁黄长石,而碳含量较高时,低熔相中Al2O3含量较高并形成钙铝黄长石。无电磁场环境时,随着碳含量的增加,熔渣中低熔相没有明显变化,MgO致密层消失,熔渣渗透较严重。分别在有无电磁场环境下,研究了熔渣碱度对MgO-C砖耐侵蚀性的影响。分析表明,电磁场存在时,低碱度熔渣对镁砂的溶解能力较强,对MgO-C砖侵蚀较严重,低碱度熔渣侵蚀后形成钙镁橄榄石低熔相。高碱度熔渣侵蚀后,镁砂中固溶的铁含量较高,还原金属氧化物较少,低熔相为镁黄长石及少量的钙铝榴石或钙铝黄长石,且低熔相中钙的渗透较强。低碱度形成的低熔相粘度较小,使熔渣对MgO-C砖的渗透和侵蚀恶化。无电磁场环境下,碱度对低碳MgO-C砖抗侵蚀性影响较明显,且低碱度熔渣中FeO、SiO2对MgO-C砖的损毁较严重。
电磁场影响了低碳MgO-C砖渣蚀过程中MgO致密层的形成。研究表明,电磁场环境下界面没有形成MgO致密层,无电磁场环境下的试样界面形成了明显的MgO致密层,主要是因为电磁场作用加速了MgO溶解速度和减小了Mg(g)的排出阻力,使Mg(g)在界面处不能结晶、长大,抑制了MgO致密层的形成,因此电磁场环境加剧了熔渣对MgO-C砖的侵蚀。