镁碳砖是以镁砂和碳素材料为原料，用沥青或树脂作结合剂制造的碱性耐火材料。兼具镁质耐火材料高耐火度和碳素耐火材料难于被炉渣、钢液润湿的多重优点，因其具有耐火度高、抗渣侵蚀能力强、抗热震性优异等众多优良特点而被广泛应用于钢铁行业，如转炉炉口、电炉渣线部位、钢包工作层等温度高、机械冲刷严重、渣况侵蚀严重等恶劣环境中。
镁碳砖虽然具有上述众多优点，但是在高温及氧化气氛中砖中的碳容易氧化，导致砖体结构变质、疏松，后侵蚀、剥落而失效。因此需要添加各种防氧化剂来抑制碳的氧化，改善镁碳砖的质量，如添加碳化硼、金属铝粉、金属硅粉及其混合物等。
1、试验原料及试样制备
采用大结晶电熔镁砂(粒径分布为5~3mm、3~1mm、1~0mm、<0.088mm)为骨料，加入鳞片石墨、高温沥青(粒径<0.088mm)、液体酚醛树脂、碳化硼、金属铝粉、金属硅粉制成试样。原料的化学组成列于表1。
将原料按照表1配比以顺序加入混碾机中混合均匀，在1000t摩擦压砖机上机压成型。制成编号为MT1~MT5共5类标准试样。
2、性能测试及结果讨论
2.1体积密度、显气孔率和常温耐压强度测试
试样经110℃干燥6h，烘干至200℃保温12h。测定试样的体积密度、显气孔率和常温耐压强度。具体试验方法参考国标GB/T2997-2015、GB/T5072-2008，试验结果示于图1。
从试验结果可以看出：随着碳化硼、金属铝粉、金属硅粉、金属铝粉和金属硅粉的复合加入，试样的体积密度均有降低，且单独加入金属硅粉后，试样的体积密度达到;而复合加入金属铝粉和金属硅粉后，试样体积密度有所回升。导致试样体积密度出现上述规律变化的原因为:金属硅粉的体积密度<碳化硼的体积密度<金属铝粉的体积密度<电熔镁砂的体积密度，所以随着各种防氧化剂的加入，试样体积密度均比不加入的试样呈现出下降趋势。
（金属硅粉）
随着碳化硼、金属铝粉、金属硅粉、金属铝粉和金属硅粉的复合加入，试样体积密度下降的同时，显气孔率却呈现出上升趋势。
随着碳化硼、金属铝粉、金属硅粉、金属铝粉和金属硅粉的复合加入，试样的常温耐压强度表现出降低趋势，且随着金属硅粉加入量的增加，试样的常温耐压强度也呈下降趋势。这是因为随着防氧化剂的加入，试样的体积密度降低、气孔率增加，试样内部的固-固结合减弱，导致常温耐压强度降低。
（金属铝粉）
2.2高温抗折强度测试
将试样加热到1400℃，保温30min，测试其高温抗折强度。具体试验方法参考国标GB/T3002-2017，试验结果示于图2。
从试验结果可以看出：随着碳化硼、金属铝粉、金属硅粉、金属铝粉和金属硅粉的复合加入，试样的高温抗折强度总体上呈现出上升的趋势，形成这种结果的原因为：
(1)添加防氧化剂碳化硼的试样，其中的碳化硼优先C被氧化，而使材料内部氧气分压PO2大大降低，这就保护了C不被大量的氧化;同时，碳化硼氧化后，生成液相B2O3，在试样表面形成一层液膜，阻塞材料气孔，降低O2在试样表面的扩散速率，从而降低C的氧化程度;另外，液体B2O3对MgO具有较好的润湿性，两者很容易反应生成硼酸三镁(3MgO·B2O3)，而硼酸三镁可以形成致密的保护层，能进一步封闭镁碳砖表面的气孔，阻碍O2的侵入，从而保护C的氧化碳化硼通过上述途径防止镁碳砖中C的氧化，降低高温下的C氧化留下的气孔，加强高温下的固-固结合，从而提高镁碳砖的高温抗折强度。
(2)防氧化剂金属铝粉在镁碳砖被加热时，与C和CO发生反应生成碳化物，并且使C重新凝聚，终生成Al4C3、Al2O3、MA等高熔点物质并随之产生体积膨胀，使砖体致密化，形成陶瓷结合，从而提高试样的高温强度。
(3)金属硅粉在600℃或1000℃时，优先C与氧发生反应生成SiO(g)和SiO2(s)，生成的SiO2堵塞材料的部分气孔，有效改善镁碳砖的抗氧化性能。随着温度升高，SiO2(S)与MgO发生反应生成高熔点的M2S，并伴有的体积膨胀，致使材料致密化，从而提高镁碳砖的高温强度。
(4)加入金属铝粉和金属硅粉的混合物对镁碳砖抗折强度的影响则是上述两种因素共同作用的结果。
2.3加热永久线变化率测试
将试样加热到1600℃，保温120min，测试其加热永久线变化率。具体试验方法参考国标GB/T5988-2007，试验结果示于图3。
从试验结果可以看出：随着防氧化剂的加入，试样的加热永久线变化率呈现出无规则变化趋势，形成这种结果的原因为：(1)添加防氧化剂碳化硼的试样，一方面防氧化剂碳化硼氧化后，生成液相B2O3和硼酸三镁(3MgO·B2O3)，二者的生成均促进了试样烧结，有利于试样体积缩小;另一方面试样所用电熔镁砂膨胀系数较大，致使试样在经受高温时发生热膨胀。后者效应大于前者效应时，试样发生轻微膨胀。
(2)防氧化剂金属铝粉的加入使试样在被加热时，高温下MgO与C反应，生成的CO被Al还原产生C沉积和Al2O3，Al2O3与MgO反应生成高耐火的二次尖晶石并随之产生体积膨胀，因而随着金属铝粉加入量的增加试样于1600℃烧后线变化率有明显增加。
(3)金属硅粉的加入致使试样发生两方面变化:一方面金属硅粉氧化成SiO2后促进了试样的烧结;另一方面SiO2与MgO发生反应生成高熔点的M2S并伴有的体积膨胀，同时试样本身在经受高温时有膨胀效应。试样的膨胀特性大于试样的收缩特性，因而试样发生轻微膨胀。
2.4抗渣性能测试
抗渣侵蚀试验采用静态坩埚法。称量10g钢渣(电炉渣，其碱度为4.85，化学组成列于表2)装入坩埚试样的盲孔中，在电炉中以5~10℃/min的升温速度升至1600℃，保温3h后自然冷却至室温取出试样。将冷却后的试样从中间纵向切成两部分，测量渣孔底部被渣熔蚀后的扩孔量(其值越小，表明抗渣侵蚀性越强)。具体试验方法参考国标GB/T8931-2007，试验结果示于图4。
从图4可以看出随着各种防氧化剂的加入，试样的抗渣侵蚀性能均有所下降，只有单独加入硅粉的MT4试样下降不明显。根据上述防氧化剂添加对镁碳砖体积密度、显气孔率的分析可知，加入防氧化剂，镁碳砖抗渣侵蚀性能相较于不加试样均有所下降。而铝粉的反应温度范围较宽，Al在660℃开始生成Al4C3(△V=50%)和Al2O3(△V=30%)，在更高温度(>1400℃)下生成MgAl2O4(△V=6.9%)，使试样结构致密，起到了封闭气孔、阻止熔渣渗透的作用，因此其抗渣侵蚀性能与不加防氧化剂的试样相比较差别不大。