鎂碳磚介紹

鎂碳磚是70年代初出現(xiàn)的，先是在超高功率電爐，接著在轉(zhuǎn)爐、爐外精煉爐上使用，獲得了非常好的效果。由此，人們才認(rèn)識(shí)到石墨、碳素材料和高溫耐火氧化物之間結(jié)合所產(chǎn)生的作用。斷裂韌性差、高溫剝落、抗渣滲透性差，這是高溫?zé)赡突鹬破返闹旅秉c(diǎn)，含碳耐火制品的出現(xiàn)突破了這些弱點(diǎn)。在鎂碳磚中氧化鎂和石墨之間彼此相互包裹，不存在傳統(tǒng)概念中的所謂燒結(jié)；石墨具有熱傳導(dǎo)系數(shù)高，彈性模量低，熱膨脹系數(shù)小，不容易被熔渣浸潤(rùn)等優(yōu)點(diǎn)，因此，由于石黑的引入，使?fàn)t襯耐火制品的斷裂韌性和抗渣滲透性有本質(zhì)的改善。鎂碳磚的主要特征是在微觀結(jié)構(gòu)上形成碳的結(jié)合物，這種結(jié)合是由有機(jī)結(jié)合劑在高溫下結(jié)焦碳化形成的。

鎂碳磚是一種不燒制品，其理化指標(biāo)為：MgO70～85％，C l0～20％，顯氣孔率≤3％，體積密度2.87g／cm3，耐壓強(qiáng)度40～50MPa，1400℃抗折強(qiáng)度l0～15MPa。

影響鎂碳磚性能的工藝因素主要有原料、結(jié)合劑、添耐火磚多少錢(qián)一塊加劑等。

1．鎂砂

國(guó)外最初生產(chǎn)鎂碳磚時(shí)采用的是高純燒結(jié)鎂砂，隨著對(duì)鎂碳磚使用過(guò)程的深入研究發(fā)現(xiàn)，高溫下有如下反應(yīng)：   

MgO+C→Mg↑+CO↑

這個(gè)反應(yīng)一般在1650℃開(kāi)始，到l750℃時(shí)反應(yīng)加劇，邯鄲耐火磚這是鎂碳磚使用過(guò)程中損耗的重要原因之一，也是鎂碳磚在1700℃以上使用損耗明顯加劇的原因。鎂砂中的雜質(zhì)SiO2，F(xiàn)硅碳耐火磚e2O3 等對(duì)上述反應(yīng)有促進(jìn)作用，因此，希望鎂砂有較高的純度。

電熔鎂砂相對(duì)燒結(jié)鎂砂來(lái)說(shuō)，結(jié)晶結(jié)構(gòu)更完整，對(duì)碳的還原作用也更穩(wěn)定，特別是大結(jié)晶電熔鎂砂這些特征表現(xiàn)得更為突出，所以鎂碳磚的生產(chǎn)開(kāi)始轉(zhuǎn)向使用電熔鎂砂。考慮到碳的結(jié)合狀態(tài)和結(jié)合劑的浸潤(rùn)性，也可以電熔鎂砂燒結(jié)鎂砂混合使用。我國(guó)的鎂碳磚基本上是使用電熔鎂砂。

鎂碳黃山耐火磚磚的使用結(jié)果表明，用MgO含量高、方鎂石相結(jié)晶顆粒大、鈣硅比大于2的鎂砂，生產(chǎn)鎂碳磚效果最好。

2．石墨

石墨是鎂碳磚中另一個(gè)基本組分。石墨具有很好的耐火材料基本特性，主要理化指標(biāo)：固定碳85％～98％，灰分13％～2％(主要成分SiO2，Al2O3等)，相對(duì)密度2．09～2．23，熔點(diǎn)3640K(揮發(fā))。由于石墨非常容易被氧化，所以長(zhǎng)期以來(lái)沒(méi)有引起人們的重視。

鎂碳磚使用過(guò)程中，石墨的氧化有三種原因：

(1)空氣中氧對(duì)石墨的氧化；

(2)渣中氧化物對(duì)石墨的氧化；

(3)石墨本身所含雜質(zhì)氧化物對(duì)石墨的氧耐火磚圈化。

這些氧化物主要指SiO2和Fe2O3。

鎂碳磚中雜質(zhì)氧化物和石墨反應(yīng)后，造成磚體結(jié)構(gòu)疏松，透氣性增大、強(qiáng)度下降，這是鎂碳磚損毀的內(nèi)因。因此，生產(chǎn)鎂碳磚大都選用純度高、磷片結(jié)晶大的石墨。

3．結(jié)合劑

結(jié)合劑對(duì)鎂碳磚及其他含碳耐火制品來(lái)說(shuō)，作用至關(guān)重要。石墨和耐火氧化物之間沒(méi)有互溶關(guān)系，也不可能相互燒結(jié)，常溫下他們要靠結(jié)合劑粘接固化。高溫下，結(jié)合劑則要結(jié)焦碳化，和石墨形成碳結(jié)合，一般這種結(jié)合劑是指樹(shù)脂類(lèi)、瀝青類(lèi)等有機(jī)物。結(jié)合劑高溫結(jié)焦碳化后形成約3％左右的碳，這個(gè)量雖然不多，但在耐火磚防火磚鎂碳磚或其他含碳制品中卻是最具有活力的組成部分，對(duì)制品的高溫性能有重要影響。我國(guó)鎂碳磚或其他含碳制品生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定，其中一個(gè)重要原因是結(jié)合劑不穩(wěn)定造成的。

鎂碳磚結(jié)合劑大體可以分三種類(lèi)型：酚醛樹(shù)脂類(lèi)、改性瀝青類(lèi)、石油裂解副產(chǎn)品類(lèi)，其中使用效果最好、用量最多的是酚醛樹(shù)脂類(lèi)。

4．添加物

在鎂碳磚的損毀過(guò)程中，石墨的氧化是最主要的原因之一。由于氧化失碳，致使磚體結(jié)構(gòu)疏松，強(qiáng)度下降。損毀過(guò)程遵循氧化失碳→結(jié)構(gòu)疏松→侵蝕→沖刷溶損的路途。為了提高鎂碳磚的抗氧化性，可以加入一定量的添加物，包括硅粉、鋁粉、FeSi合金、CaSi合金、SiC，Si3N4，B4C等。添加物的另一個(gè)作用是在耐火氧化物和石墨之間“搭橋”，使石墨和耐火氧化物形成牢固的結(jié)合，這種作用是由于添加物在一定溫度下形成新的礦物相促成的。

我國(guó)生產(chǎn)鎂碳磚及其他含磷耐火制品，最常用的添加物是鋁粉、硅粉和SiC粉。

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