闫明伟 杨裕民 仝尚好 张佳钰 孙广超 刘开琪

1）中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室 北京100190

2）中科院过程工程研究所南京绿色制造产业创新研究院 江苏南京211135

3）中航天水高新磨具有限公司 甘肃天水741024

4）洛阳利尔功能材料有限公司 河南洛阳471039

石墨、沥青和树脂裂解碳等碳质原料与氧气和镁砂间的直接氧化反应和碳热还原反应，成为降低镁碳耐火材料寿命的主要因素［1－2］。为提升镁碳耐火材料的抗氧化性能，金属Al作为防氧化剂常被引入其中。氧分压和氮分压影响碳复合材料中物相的稳定性，金属Al影响着Al4C3、AlN、Al2O3和MgAl2O4的生成［3－5］。金属Al高温下会发生液、气两相传质反应。液相金属Al与C 和MgO 反应生成Al4C3和MgAl2O4；含铝气相物质——Al（g）和Al2O（g），与CO、Mg（g）和N2反应生成Al4C3、MgAl2O4和AlN等低维氧化物或非氧化物［5－6］。低维物质具有“桥接、偏转、拔出”增韧效应，提高材料的力学性能；基质气孔或孔隙处形成的低维氧化物或非氧化物有利于改善气孔和孔隙的结构，延缓熔渣向材料内部渗透，降低由渗透、扩散反应造成的材质反应损毁［7］。

对埋碳和氮气热处理后镁碳耐火材料的XRD图谱分析后发现，30°～40°角度范围的衍射图谱存在着未标注且可清晰辨识的衍射特征峰［8－10］。考虑到镁碳耐火材料的热处理温度集中在1 000～1 550℃，低于冶炼钢水平均温度（1 600℃）；Al－C－N和Mg－Al－N热力学相图存在着Mg3AlnNn＋2（n＝1～5）［11］和（AlN）nAl4C3（n＝1～4）［12-14］。因此，关于镁碳耐火材料物相、结构与性能需结合热处理温度和气氛进行综合研究。供气元件的使用工况环境为底吹氮气和氩气，氮气会参与材料基质中物相反应和微结构重组，影响着其服役性能。……