不同碱度精炼渣对镁碳耐火材料的侵蚀行为

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0832

摘要/Abstract

摘要：

本研究制备三种不同碱度（R=0.8、1.0、1.2）的精炼渣，结合热力学计算、表面张力测试和动态抗渣试验，系统研究了碱度对镁碳砖抗渣侵蚀性能的影响。结果表明，随着碱度提高，精炼渣黏度降低，同时表面张力显著增大。精炼渣S1（R=0.8）中氧化镁溶解度较大，因此镁碳砖的蚀损较为严重。精炼渣S3（R=1.2）中CaO含量的增加导致其黏度降低和表面张力增大，渗透深度相较于精炼渣S1（R=0.8）增加了69.14%，但耐火材料的主体结构完整性保持相对较好。适度提高精炼渣碱度能够延长镁碳耐火材料使用寿命，但在实际应用中还需综合考虑其对于钢中夹杂物的影响。

关键词: 帘线钢, 精炼渣, 镁碳耐火材料, 抗渣侵蚀性能, 黏度, 表面张力

Abstract:

Three types refining slag with different basicities （R = 0.8， 1.0， and 1.2） were prepared. The influence of basicity on resistance to slag erosion of MgO-C bricks was systematically investigated using thermodynamic calculations， surface tension measurements and dynamic anti-slag test. The results show that with the increase of basicity， the viscosity of slag decreases and the surface tension increases significantly. In refining slag S1 （R=0.8）， higher solubility of MgO results in more severe erosion of MgO-C refractories. For refining slag S3 （R=1.2）， increased CaO content causes reduced viscosity and elevated surface tension， which enhances slag penetration by 69.14% compared to refining slag S1 （R=0.8）. However， the structural integrity of refractory is relatively well-preserved. This study demonstrates that moderately increasing refining slag basicity can extend the service life of MgO-C refractories. However， in practical application， it is necessary to comprehensively consider its influence on inclusions in steel.

Key words: cord steel, refining slag, magnesia-carbon refractory, resistance to slag erosion, viscosity, surface tension

中图分类号:

TQ175.1

叶玉奎, 雷长坤, 廖家明, 张鑫, 胡天增, 任博, 王恩会, 侯新梅. 不同碱度精炼渣对镁碳耐火材料的侵蚀行为[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(2): 655-662.

YE Yukui, LEI Changkun, LIAO Jiaming, ZHANG Xin, HU Tianzeng, REN Bo, WANG Enhui, HOU Xinmei. Erosion Behavior of Refining Slag with Different Basicities on Magnesia-Carbon Refractories[J]. BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY, 2026, 45(2): 655-662.

图/表 14

表1 帘线钢用精炼渣的主要化学成分

Table 1 Main chemical composition of cord steel refining slag

Composition	CaO	SiO₂	MgO	Al₂O₃	Fe₂O₃	MnO	TiO₂	K₂O
Mass fraction/%	38.43	37.99	17.00	2.85	2.00	1.34	0.28	0.10

表2 不同碱度精炼渣的化学组成

Table 2 Chemical composition of refining slag with different basicities

Sample	Mass fraction/%								Basicity
Sample	CaO	SiO₂	MgO	Al₂O₃	Fe₂O₃	MnO	TiO₂	K₂O	Basicity
S1	33.97	42.46	17.00	2.85	2.00	1.34	0.28	0.10	0.8
S2	38.21	38.21	17.00	2.85	2.00	1.34	0.28	0.10	1.0
S3	41.69	34.74	17.00	2.85	2.00	1.34	0.28	0.10	1.2

图1 动态抗渣装置示意图

Fig.1 Schematic diagram of dynamic anti-slag device

图2 不同碱度精炼渣黏度的热力学计算

Fig.2 Thermodynamic calculation of viscosity of refining slag with different basicities

图3 不同碱度精炼渣的表面张力

Fig.3 Surface tension of refining slag with different basicities

表3 商用镁碳砖原砖的XRF结果

Table 3 XRF results of commercial MgO-C bricks

Composition	MgO	Al₂O₃	SiO₂	C	SO₃	CaO	MnO	Fe₂O₃
Mass fraction/%	75.10	2.01	4.78	14.90	0.22	2.91	0.11	1.47

图4 1 550 ℃下精炼渣侵蚀后镁碳砖的宏观照片

Fig.4 Macroscopic images of MgO-C bricks after refining slag erosion at 1 550 ℃

图5 不同碱度精炼渣对耐火材料的蚀损深度

Fig.5 Erosion depth of refractory materials by refining slag with different basicities

图6 模拟侵蚀的计算模型

Fig.6 Calculation model used to simulate erosion

图7 耐火材料与不同碱度精炼渣的界面反应图

Fig.7 Interface reaction diagrams of refractories and refining slag with different basicities

图8 不同碱度精炼渣对镁碳砖的渗透深度及面扫描

Fig.8 Penetration depth and surface scanning of MgO-C bricks eroded by refining slag with different basicities

图9 精炼渣侵蚀后镁碳砖侵蚀截面的SEM照片

Fig.9 SEM images of erosion cross-section of MgO-C bricks after refining slag erosion

表4 图9中侵蚀试样的EDS分析

Table 4 EDS analysis of erosion specimens in Fig.9

Point	Atomic fraction/%
Point	C	N	O	Mg	Al	Si	Pt	Ca
1	—	—	46.17	53.45	—	—	0.38	—
2	4.53	3.30	53.80	14.95	—	12.23	0.33	10.87
3	4.88	4.10	54.76	6.52	2.75	13.16	0.32	13.51
4	1.16	—	49.85	16.50	—	15.24	0.38	16.88
5	—	41.47	—	58.06	—	—	0.47	—

图10 不同碱度精炼渣中MgO的最大溶解度

Fig.10 Maximum solubility of MgO in refining slag with different basicities

参考文献 27

[1]	吴园园，金传伟，张继明，等. 帘线钢中夹杂物从铸坯到盘条的演变规律探讨［J］. 冶金分析， 2025， 45（3）： 1-9. DOI
	WU Y Y， JIN C W， ZHANG J M， et al. Discussion on evolution law of inclusions in tire cord steel from billet to wire rod［J］. Metallurgical Analysis， 2025， 45（3）： 1-9 （in Chinese）.
[2]	KIRIHARA K. Production technology of wire rod for high tensile strength steel cord［J］. Kobelco Technology Review， 2011，2011（30）： 62-65.
[3]	ZHANG L F. State of the art in the control of inclusions in tire cord steels： a review［J］. Steel Research International， 2006， 77（3）： 158-169. DOI URL
[4]	DENG Z Y， CHENG L， CHEN L， et al. Effect of refractory on nonmetallic inclusions in Si-Mn-killed steel［J］. Steel Research International， 2019， 90（12）： 1900268. DOI URL
[5]	SONG G D， DENG Z Y， ZHU M Y. Effect of ladle washing operation on non-metallic inclusions in tire cord steel： laboratory simulation［J］. Metallurgical and Materials Transactions B， 2024， 55（4）： 2805-2816. DOI
[6]	SONG G D， DENG Z Y， ZHU M Y. Effect of K₂O and Na₂O in refining slag on non-metallic inclusions in tire cord steel［J］. Metallurgical and Materials Transactions B， 2023， 54（5）： 2383-2394. DOI
[7]	CHEN C Y， JIANG Z H， LI Y， et al. State of the art in the control of inclusions in spring steel for automobile： a review［J］. The Iron and Steel Institute of Japan International， 2020， 60（4）： 617-627.
[8]	宋延成，张奇毅，陈海燕，等. Cr对超高强帘线钢LX82A工艺和力学性能的影响［J］. 特殊钢， 2023， 44（3）： 20-23.
	SONG Y C， ZHANG Q Y， CHEN H Y， et al. Effect of Cr on process and mechanical properties of ultra-high strength cord steel LX82A［J］. Special Steel， 2023， 44（3）： 20-23 （in Chinese）. DOI
[9]	LIU Z H， SONG G D， DENG Z Y， et al. Effect of slag adjustment on inclusions in Si-Mn-killed steel during ladle furnace （LF） refining process［J］. Ironmaking & Steelmaking， 2021， 48（8）： 893-900.
[10]	赵浩恩，成国光，鲍道华，等. 2507双相不锈钢中铝含量对氧含量及夹杂物的影响［J］. 钢铁研究学报， 2025， 37（2）： 227-235. DOI
	ZHAO H E， CHENG G G， BAO D H， et al. Effect of aluminum content on oxygen content and inclusions in 2507 duplex stainless steel［J］. Journal of Iron and Steel Research， 2025， 37（2）： 227-235 （in Chinese）. DOI
[11]	CAI X F， BAO Y P， LIN L， et al. Effect of Al content on the evolution of non-metallic inclusions in Si-Mn deoxidized steel［J］. Steel Research International， 2016， 87（9）： 1168-1178. DOI URL
[12]	刘宗辉，秦凤婷. 钢包MgO-C砖抗氧化剂对帘线钢酸溶铝的影响［J］. 炼钢， 2020， 36（5）： 69-74.
	LIU Z H， QIN F T， et al. Effect of antioxidant in MgO-C brick on acid soluble aluminum in tire cord steel［J］. Steelmaking， 2020， 36（5）： 69-74 （in Chinese）.
[13]	SONG G D， DENG Z Y， ZHU M Y. Combined effect of refractory and refining slag on inclusions in tire cord steel［J］. Ceramics International， 2025， 51（18）： 25290-25298. DOI URL
[14]	刘宗辉，秦凤婷，任建忠，等. LF两步造渣工艺对C82DA钢中硫和铝的影响［J］. 钢铁， 2020， 55（7）： 78-84. DOI
	LIU Z H， QIN F T， REN J Z. Effect of two-step slag making refining on sulfur and aluminum in C82DA steel［J］. Iron Steel， 2020， 55 （7）： 78-84 （in Chinese）.
[15]	CHEN S H， JIANG M， HE X F， et al. Top slag refining for inclusion composition transform control in tire cord steel［J］. International Journal of Minerals， Metallurgy， and Materials， 2012， 19（6）： 490-498.
[16]	胡天增，雷长坤，王恩会，等. 炼钢用低碳镁碳耐火材料抗热震性研究进展［J］. 材料导报， 1-16 （2025-07-17）［2025-07-21］. https://link.cnki.net/urlid/50.1078.TB.20250716.1727.026.
	HU T Z， LEI C K， WANG E H， et al. Progress in optimization of thermal shock resistance of low carbon magnesia carbon refractories for steelmaking［J］. Materials Reports， 1-16 （2025-07-17）［2025-07-21］. https://link.cnki.net/urlid/50.1078.TB.20250716.1727.026 （in Chinese）.
[17]	郭斌. 700BL钢LF精炼过程渣对钢中夹杂物的影响研究［D］. 北京：北方工业大学， 2025.
	GUO B. Study on the influence of slag on inclusions in the molten steel during LF refining of the 700BL steel［D］. Beijing： North China University of Technology， 2025 （in Chinese）.
[18]	WANG K. An innovative CaO-SiO₂-MgO-refining slag containing 12 to 16 mass pct MgO for tire cord steel［J］. Metallurgical and Materials Transactions B， 2022， 53（2）： 651-655. DOI
[19]	LIU J， REN B， LIU W， et al. Effect of slag basicity on the interfacial wetting behavior between CA6 refractories and CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃ based slag［J］. Ceramics International， 2023， 49（13）： 22068-22075. DOI URL
[20]	GUO W J， ZHU T B， ZHANG Y H， et al. Enhanced corrosion resistance of MgO-C refractories containing sintered MgAl₂O₄ spinel powder under various slag basicities［J］. Corrosion Science， 2025， 253： 113009. DOI URL
[21]	WEI J W， HAN B Q， MA L， et al. Corrosion behavior of MgO-C refractories with Al₂O₃-spinel addition by different low basicity slags［J］. Ceramics International， 2025， 51（14）： 18439-18450. DOI URL
[22]	LIU C Y， GAO X， UEDA S， et al. Composition changes of inclusions by reaction with slag and refractory： a review［J］. The Iron and Steel Institute of Japan International， 2020， 60（9）： 1835-1848.
[23]	顾华志，汪姣，汪厚植，等. 不同熔渣下铝镁质材料渣蚀机理研究［J］．武汉科技大学学报（自然科学版）， 2008， 31（3）： 250-254.
	GU H Z， WANG J， WANG H Z， et al. Influence of different fused slag on corrosion mechanism of alumina-magnesia based refractories［J］. Journal of Wuhan University of Science and Technology， 2008， 31（3）： 250-254 （in Chinese）.
[24]	杨海昕，张波，王举金，等. LF精炼渣成分对Q355钢液脱硫的影响［J］. 钢铁研究学报， 2025， 37（9）： 1173-1184. DOI
	YANG H X， ZHANG B， WANG J J， et al. The influence of LF refining slag composition on the desulfurization of Q355 steel bath［J］. Journal of Iron and Steel Research， 2025， 37（9）： 1173-1184 （in Chinese）.
[25]	李东林. 龙钢转炉双渣留渣冶炼渣型优化基础研究［D］. 西安：西安建筑科技大学， 2021.
	LI D L. Fundamental research on optimization of remaining slag-double slag process slag-type in converter of Long Steel［D］. Xi’an： Xi’an University of Architecture and Technology， 2021 （in Chinese）.
[26]	GUO W J， ZHU T B， ZHAO X， et al. Improved slag corrosion resistance of MgO-C refractories with calcium magnesium aluminate aggregate and silicon carbide： corrosion behavior and thermodynamic simulation［J］. Journal of the European Ceramic Society， 2024， 44（1）： 496-509. DOI URL
[27]	马成良. 含Sialon的MgO基浇注料热机械性能和抗渣侵蚀行为研究［D］. 郑州：郑州大学， 2005.
	MA C L. Study on thermal-mechanical properties and behavior of slag corrosion of β-sialon containing MgO based castables abstract［D］. Zhengzhou： Zhengzhou University， 2005 （in Chinese）.