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鎂碳磚鎂碳耐火材料是60 年代中期,由美國(guó)研制成功,70 年代,日本煉鋼業(yè)開始把鎂碳磚用于水冷卻電弧爐煉鋼中。目前在世界范圍內(nèi)鎂碳磚已大量用于煉鋼,并已成為石墨的一種傳統(tǒng)用途。80 年代初,鎂碳磚開始用于氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的爐襯。目前英國(guó)用作氧氣頂吹煉鋼爐襯的材料大部分是鎂碳磚,爐襯壽命為1000 次一1500 次,而日本,爐襯的壽命為2000 次~2500 次。
鎂碳耐火磚主要用于轉(zhuǎn)爐、交流電弧爐、直流電弧爐的內(nèi)襯,鋼包的渣線等部位。
影響鎂碳磚性能的工藝因素主要有以下幾種:
1、鎂 砂
國(guó)外初生產(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℃開始,到l750℃時(shí)反應(yīng)加劇,這是鎂碳磚使用過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)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)鎂砂來說,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)期以來沒有引起人們的重視。
鎂碳磚使用過程中,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說,作用至關(guān)重要。石墨和耐火氧化物之間沒有互溶關(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)合劑是指樹脂類、瀝青類等有機(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,但在鎂碳磚或其他含碳制品中卻是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型:酚醛樹脂類、改性瀝青類、石油裂解副產(chǎn)品類,其中使用效果好、用量多的是酚醛樹脂類。
4、添 加 物
在鎂碳磚的損毀過程中,石墨的氧化是主要的原因之一。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。
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