从白云石到镁炭砖：转炉耐火材料的技术演进脉络

现代炼钢工艺对效率和成本的追求，直接反映在对转炉炉衬寿命的极致要求上。炉衬用耐火材料的每一次革新，都与钢铁生产的技术迭代紧密相连。回顾自20世纪50年代以来的发展历程，我们可以清晰地看到一条从因地制宜到性能驱动，并最终以“碳”为核心实现突破的技术演进路线。

早期的探索：地域资源与性能的初步权衡

20世纪中叶，全球转炉耐火材料的应用呈现出明显的地域特征。在欧洲，得益于其丰富的白云石矿藏资源，焦油结合的白云石砖几乎是转炉炉衬的唯一选择。彼时，炼钢节奏相对较缓，对转炉作业率的要求不高，使得这种成本低廉的材料得以广泛应用。然而，其性能短板也十分突出。焦油结合白云石砖的残碳量极低，仅约2%，这些由焦油石墨化形成的碳零星地填充在气孔中，难以形成有效的保护网络。这直接导致了其抵抗炉渣中FeO侵蚀的能力孱弱，耐磨性亦远逊于镁砖。更为致命的是，炉渣极易渗透进入砖体内部，在冶炼过程的冷热交替中引发结构应力，最终导致龟裂和剥落。

而在同一时期的北美，市场格局则有所不同。由于当地镁砂与白云石的价格相差无几，性能更为优越的烧成镁砖成为了许多钢厂的选择。为了融合白云石砖对炉渣的不润湿性与镁砖的良好抗侵蚀性，业界又开发出了焦油浸渍的烧成镁砖。尽管这是一种进步，但其残碳量依然徘徊在2%的水平，这成为了延长炉衬寿命难以逾越的瓶颈。为了打破这一天花板，研究者们开始尝试各种方法提升碳含量，例如开发含碳量提升至5%的焦油结合镁砖，以及通过沥青二次浸渍将碳含量拉高到6%的工艺，甚至直接在配料中加入炭黑，以期改善抗渣性。在一段时间内，沥青浸渍的焦油结合镁砖在欧洲和北美都曾扮演过主角。

碳的作用：从认知深化到材料革命

转折点发生在业界对“碳”在耐火材料中作用机理的认识日益清晰之后。碳的存在，尤其是高品质石墨，能够显著降低材料被钢水和炉渣的润湿性，阻止侵蚀物渗透；同时，碳在高温下与渗入的FeO发生反应（C+FeO → Fe+CO↑），在原位生成致密的脱碳层和一定的气相压力，进一步阻止炉渣的侵入。

基于这一核心认知，日本九州耐火材料公司率先取得了突破。他们成功试制出含有高比例石墨的镁炭砖。最初，这种新型材料仅被用于电弧炉渣线这类对抗热震性要求极为苛刻的部位。但自1979年起，镁炭砖开始全面应用于转炉的渣线乃至整个炉体，其结果是革命性的——转炉炉衬的使用寿命得到了前所未有的提高。镁炭砖的碳含量通常在8%至25%的宽泛区间内，这与早期材料2%的残碳量形成了天壤之别。对先进耐火材料的研发和应用而言，如何精准地表征和控制材料中的碳含量、石墨形态及分布，直接关系到其最终的服役性能。

精工博研测试技术（河南）有限公司（原郑州三磨所国家磨料磨具质量检验检测中心），央企，国字头检测机构，专业的权威第三方检测机构，专业检测耐火材料成分分析与性能检测，可靠准确。欢迎沟通交流，电话19939716636

全球普及与多元化发展：第二代镁炭砖及其他含碳砖

镁炭砖的成功迅速使其在全球范围内得到普及，如今已成为日本、欧洲、北美和中国市场的主流选择。技术进步的脚步并未停止，为了应对更严酷的冶炼环境，加入了金属粉末（如Al、Si、Mg等）作为抗氧化剂的第二代镁炭砖应运而生。这些金属添加剂在高温下优先于碳被氧化，生成高熔点的氧化物或碳化物，有效保护了砖内的碳和石墨，从而赋予了材料更优异的抗氧化性和高温强度。

与此同时，出于资源禀赋和成本控制的考量，材料体系也呈现出多元化的发展趋势。欧洲利用其白云石资源优势，开发了含碳量在3%～15%的白云石炭砖。而日本和欧洲为了进一步降低成本，也研制了介于镁砖与白云石砖之间的镁白云石炭砖，其含碳量通常在9%～15%之间，力求在成本与性能之间找到新的平衡点。

图1 转炉炉衬材质的技术发展路线图