制備工藝電爐用鎂碳磚

按照冷混合工藝用合成焦油結(jié)合劑制造的傳統(tǒng)鎂碳磚在焦油受損過程中發(fā)生硬化并獲得必要的強(qiáng)度，因此便形成了各向同性的玻璃狀碳。鎂碳磚廠家轉(zhuǎn)爐用鎂碳磚此種碳未顯現(xiàn)出熱塑性，在內(nèi)襯烘烤或操作使用過程中該熱塑性能適時(shí)地消除大量的應(yīng)力。用瀝青結(jié)合劑生產(chǎn)的鎂碳磚，由于在瀝青碳化過程中形成各向異性的石墨化焦炭結(jié)構(gòu)，該磚具有較高的高溫塑性。

MgO–C磚的主要原料包括電熔鎂砂或燒結(jié)鎂砂、鱗片狀石墨、有機(jī)結(jié)合劑以及抗氧化劑。

鎂砂是生產(chǎn)MgO–C磚的主要原料，有電熔鎂砂和燒結(jié)鎂砂之分。電熔鎂砂與燒結(jié)鎂砂相比具有方鎂石結(jié)晶粒粗大、顆粒體積密度大等優(yōu)點(diǎn)，是生產(chǎn)鎂碳磚中主要選用的原料。生產(chǎn)普通鎂質(zhì)耐火材料，對鎂砂原料要求主要具有高溫強(qiáng)度和耐侵蝕性能,因此注重鎂砂的純度及化學(xué)成分中的C/S比和B2O3含量。隨著冶金工業(yè)的發(fā)展，冶煉條件日益苛刻，在冶金設(shè)備（轉(zhuǎn)爐、電爐、鋼包等）上應(yīng)用的MgO–C磚所用的鎂砂，除了化學(xué)成分外，在組織結(jié)構(gòu)方面，還要求高密度和大結(jié)晶。

不論是在傳統(tǒng)的MgO-C磚還是在目前大量使用的低碳MgO-C磚，主要利用鱗片狀石墨作為其碳源。石墨作為生產(chǎn)MgO-C磚的主要原料，主要得益于其優(yōu)良的物理性能：①對爐渣的不濕潤性。②高的導(dǎo)熱性。③低的熱膨脹性。此外，石墨與耐火材料在高溫下不發(fā)生共熔，耐火度高。石墨的純度對MgO-C磚的使用性能影響較大，一般要使用碳含量大于95%，大于98%的石墨。

除石墨外，炭黑也普遍用于鎂碳磚的生產(chǎn)。炭黑是由烴類碳?xì)浠衔锏臒岱纸饣虿煌耆紵频玫木哂懈叨确稚⒌暮谏勰钐假|(zhì)物料，炭黑顆粒細(xì)?。ㄐ∮?μm），比表面積大，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90～99%，純度高，粉末電阻率大，熱穩(wěn)定性高，熱導(dǎo)率較低，屬難石墨化碳。炭黑的加入可有效改善MgO-C磚的抗剝落性，增加殘?zhí)剂浚⑻岣叽u的密度。

生產(chǎn)MgO-C磚常用的結(jié)合劑有煤焦油，煤瀝青和石油瀝青，以及特殊碳質(zhì)樹脂，多元醇，瀝青變性酚醛樹脂，合成樹脂等。目前所用到的結(jié)合劑有以下幾種類型：

1）瀝青類物質(zhì)。焦油瀝青是一種熱塑性材料，具有與石墨、氧化鎂親和力大，炭化后殘?zhí)悸矢?，成本低的特點(diǎn)，過去曾大量使用；但是焦油瀝青中含有致癌的芳香烴，尤其是苯并茁含量高；由于環(huán)境意識(shí)的加強(qiáng)，現(xiàn)在焦油瀝青的使用量在減少。

2）樹脂類物質(zhì)。合成樹脂是由苯酚和甲醛反應(yīng)制得，在常溫下便能和耐火材料顆粒很好的混合，炭化后殘?zhí)悸矢?，是?dāng)前生產(chǎn)MgO-C磚用主要結(jié)合劑；但它炭化后形成的玻璃態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對耐火材料的抗熱震性和抗氧化性都不理想。

3）在瀝青和樹脂的基礎(chǔ)上，經(jīng)過改性得到的物質(zhì)。如果結(jié)合劑炭化后能形成鑲嵌結(jié)構(gòu)和原位形成碳纖維物質(zhì)，那么這種結(jié)合劑將改善耐火材料的高溫性能。

為了提高M(jìn)gO-C磚的抗氧化性，常加入少量的添加劑，常見的添加劑有Si、Al、Mg、Al-Si，Al-Mg，Al-Mg-Ca，Si-Mg-Ca、SiC、B4C、BN和最近報(bào)導(dǎo)的Al-B-C和Al-SiC-C系等添加劑[5–7]。 添加劑的作用原理大致可分為兩個(gè)方面：一方面是從熱力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，即在工作溫度下，添加物或者添加物和碳反應(yīng)生成其他物質(zhì)，它們與氧的親和力比碳與氧的親和力大，優(yōu)先于碳被氧化從而起到保護(hù)碳的作用；另一方面，即從動(dòng)力學(xué)的角度來考慮添加劑與O2，CO或者碳反應(yīng)生成的化合物改變碳復(fù)合耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)，如增加致密度，堵塞氣孔，阻礙氧及反應(yīng)產(chǎn)物的擴(kuò)散等。