鎂鋁碳磚具有優良的綜合性能，被廣泛用于鋼包熔池及包底部位。鎂鋁碳磚在使用過程中能夠生成鋁鎂尖晶石而產生持續的殘余膨脹，使得鋼包在經歷若干個渣線挖修的小修周期后，熔池和包底部位仍然不會產生磚縫或冷鋼，這一點是應用鎂碳磚很難做到的，因而其在熔池和包底部位的使用性能甚至優于鎂碳磚。

   對此，有研究人員專門研究了鎂鋁碳材料中Al2O3質原料的種類和粒度對鎂鋁碳材料顯氣孔率、體積密度、耐壓強度、加熱永久線變化和抗渣侵蝕性的影響。

   對比試驗提供依據

   原料的選用。試驗用主要原料為97級電熔鎂砂、特級高鋁礬土熟料、電熔剛玉、鱗片石墨、抗氧化劑、熱固性酚醛樹脂。主要原料的化學組成如下：電熔鎂砂中SiO2含量0.56%、MgO含量97.5%、CaO含量1.16%；高鋁礬土熟料中Al2O3含量88.0%、Fe2O3含量1.82%、TiO2含量3.41、K2O+Na2O含量0.18%；電熔剛玉中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%。

   試樣制備。按不同的組成配料后，研究人員按骨料-熱固性樹脂-石墨-細粉的順序將原料加入小型試驗用混碾機內混練40分鐘~50分鐘。在500kN摩擦壓力機上制成25mm×25mm×150mm和50mm×50mm×50mm的塊狀試樣，在400噸摩擦壓磚機上壓制成230mm×114mm×65mm的標磚試樣，自然干燥12小時后，在隧道窯中于180℃保溫48小時固化，25mm×25mm×150mm和50mm×50mm×50mm的塊狀試樣繼續在1600℃埋炭(石墨)氣氛中熱處理3小時。

   性能檢測。隨后，研究人員按相關標準檢測了1600℃熱處理后試樣的顯氣孔率、體積密度和加熱永久線變化�？乖�試驗采用回轉抗渣法。試驗用渣為高堿度電爐渣，其化學組成為：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%，堿度(CaO與SiO2的質量比)為3.92。將180℃固化后的230mm×114mm×65mm標磚試樣加工成斜口磚后砌筑于回轉抗渣爐內，內部放置0.5kg電爐渣，然后以煤氣-氧氣火焰為熱源加熱升溫。到達預定溫度1600℃時計時，每間隔0.5小時、分6次投入總共3.0kg電爐渣，3小時后倒出殘余熔渣。停止試驗并自然冷卻后，平行于試樣的4條長棱并通過侵蝕面將試樣切開，測量試樣的侵蝕層厚度，按下式計算試樣的侵蝕指數：侵蝕指數=Ti/T×100，式中：T為侵蝕層厚度最大的試樣的侵蝕層厚度(單位mm)；Ti為其余試樣的侵蝕厚度(單位mm)。

   隨后，研究人員采用特定型號的掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDS)以及X射線衍射儀對渣蝕后試樣進行了顯微結構觀察和物相分析。

   科學分析得出成果

   試樣的性能指標。通過對1600℃熱處理后試樣的性能觀察，可以看出：當Al2O3質原料種類相同時，隨著Al2O3質原料粒度的減小，熱處理后試樣的顯氣孔率、體積密度和常溫耐壓強度變化很小，燒后永久線變化和侵蝕指數則顯著增大；當Al2O3質原料粒度相同時，采用特級高鋁礬土熟料的試樣在顯氣孔率、體積密度和耐壓強度方面與采用電熔剛玉的試樣的相差很小，加熱永久線變化和侵蝕指數顯著大于后者。

   在Al2O3質原料種類相同的情況下，Al2O3質原料粒度越小，越容易與電熔鎂砂反應生成鋁鎂尖晶石。其體積膨脹效應也越大，因此燒后永久線變化也越大。

   在Al2O3質原料粒度相同的情況下，由于特級高鋁礬土熟料的雜質含量高于電熔剛玉的，高溫熱處理過程中形成的液相多，有利于Al2O3與MgO反應生成鋁鎂尖晶石。同時，由于采用特級高鋁礬土熟料的試樣中的液相較多，其抗渣侵蝕性也比采用電熔剛玉的試樣差。

   侵蝕后試樣的顯微結構。通過對抗渣試驗后試樣變質層的SEM照片分析可知，鎂鋁碳材料中的尖晶石反應是圍繞Al2O3質原料顆粒進行的。

   此外，觀察抗渣試驗后某試樣侵蝕層的SEM照片可以看出：其侵蝕層很厚；通過能譜分析可知，侵蝕層中標注為“M”的顆粒均為鎂砂顆粒，呈孤島狀分布在渣侵蝕層中，但不存在剛玉顆粒和尖晶石顆粒。對侵蝕層取樣進行的XRD分析也表明，侵蝕層的主要物相為方鎂石以及C2S、C3A、C12A7等低熔點相，沒有剛玉相和尖晶石相。

   從SEM及XRD(X射線衍射)的分析結果可知，該試樣中≤1mm剛玉顆粒在被渣侵蝕的過程中可能沒有來得及與MgO形成尖晶石，或者形成尖晶石后被迅速侵蝕，與渣中大量的CaO等雜質成分反應生成了各種低熔點相，從而導致鎂鋁碳磚先從基質部分被侵蝕損毀，致使鎂砂骨料呈孤島狀殘存于渣中，形成了凸凹不平的表面。

   綜上可知，鎂鋁碳材料中引入礬土或剛玉的粒度越小，鎂鋁碳材料的燒后永久線變化越大，抗高堿度渣侵蝕性越差。同時，礬土和剛玉以相同粒度引入鎂鋁碳材料中時，采用礬土的鎂鋁碳材料的燒后永久線變化大于采用剛玉的，抗高堿度渣侵蝕性也差于采用剛玉的。