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1、镁碳质耐火材料的生产工艺及常用原料详解镁碳耐火材料是上世纪七十年代日本为电炉应用而开发的，于1970年 首次在电炉上逬行了应用性试验，经过了六年的应用性试验之后，镁碳耐火 材料被正式推广应用在电炉上。与其它碳素材料相比，镁碳质耐火材料中添 加的天然鳞片石墨及碳质结合剂，使其具有优良的导热系数，较小的热膨胀 率，大大增强了镁碳砖的性能，特别是提高了具抗渣侵蚀性及热震稳走性。 已广泛地应用于超高功率电弧炉炉墙、炉顶、蚀损严重的高温热点、渣线及 出钢口部位，也用于转炉炉口、出钢侧、耳轴壁和熔池等处,以及钢包精炼 炉的渣线处。镁碳耐火材料的生产原料及工艺具体如下：1镁砂生产镁碳质耐火材料的主要原料是镁
2、砂。由于镁砂质呈的优劣对镁碳质 耐火材料的性能起着很大的影响作用，所以在生产中，选择合理的镁砂成为 生产优质镁碳质耐火材料首要步骤。常用镁砂为电熔镁砂和烧结镁砂，它们 具有不同的特点，其矿物组成主要是方镁石。在生产镁碳质耐火材料时，所 考虑的镁砂性能参数主要有以下几项内容： 镁砂纯度（MgO含星）； 杂质相及其含星； 镁砂的体积密度、气孔率以及方镁石晶粒尺寸等。镁砂的纯度对镁碳质耐火材料的抗渣侵蚀性起着重要的影响，这是因为 当MgO含星很高时,其杂质相就相对减少,MgO晶体被作为杂质相的硅 酸盐相分割程度降低，MgO晶体为直接结合，所以提高了镁碳质耐火材料 的抗渣侵蚀性。镁砂中的杂质相主要有S
3、i02、CaO、B2O3、Fe2O3等，如果镁砂中含有 很高的杂质，特别是B2O3 ,将对镁碳质耐火材料的耐火度及高温性能带来 不利的影响，杂质相将从以下几个方面产生作用： 杂质相含呈高,将降低MgO晶体的直接结合程度； SiO2x CaO等在高温下会与MgO形成共熔体； SiO2x Fe2O3等杂质在高温下会优先与C反应，使得镁碳砖中产生气 孔,降低了镁碳质耐火材料的抗渣侵蚀性。镁碳质耐火材料在使用过程中，溶渣会通过气孔与方镁石晶界渗入镁砂 颗粒与方镁石晶体产生反应，导致其损毁，特别是当镁砂中还有很高的CaO、 SiC)2等杂质时，会加速其损毁速率，导致镁砂中的方镁石晶体被不断侵蚀， 剥落进
4、入溶渣中。因此,体积密度高的镁砂，相对杂质含呈就少，可以降低 被溶渣侵蚀的途径，提高镁碳质耐火材料的抗渣侵蚀性。同时，较大的方镁 石晶粒能提高晶粒间的直接结合程度，减小晶界面积，降低溶渣向晶界处渗 透的路径。电熔镁砂的晶粒尺寸较大且晶粒间的直接结合程度较高，在生产 总一般选择电熔镁砂为原料以提高制品的抗渣侵蚀性。因此，在生产高质呈的镁碳质耐火材料时，必须选择具有较高体积密度 且纯度高的镁砂，例如，MgO含呈大于等于97% , CaO/SiO2不小于2 ,体 积密度不小于3.34g/cm3 ,气孔率不大于3%且晶界发育良好的镁砂。但在 实际生产中，由于镁碳质耐火材料使用的部位不同，对它性能的要求
5、也不同。 因此，根据实际情况选择质星相当的镁砂，符合隆低成本、减少优质资源消 耗、有利于可持续发展的原则。2石墨制备MgO-C质耐火材料用的碳素材料主要为鳞片石墨。鳞片石墨按固走碳含臺分为四类：高纯石墨、高碳石墨、中碳石墨和低 碳石墨。影响镁碳质耐火材料性能参数的主要有固走碳含呈、粒度、灰分组成及 其含呈，颗粒形状、挥发分及水分等。其中，固定碳是指石墨中除去挥发分、 灰分以外的组成部分;挥发分是指石墨中易挥发的有机及无机物。一般情况 下，要求石墨的固走碳含呈越高，则制备出来的镁碳质耐火材料在高温下使 用过程中具有优良的结构，制品的高温抗折强度等力学性能越好。用不同纯度的石墨作为碳素原料生产出的
6、镁碳质耐火材料，在结构上存 在着明显的差异。石墨越纯，生产出的镁碳质耐火材料抗渣侵蚀性越优良， 石墨纯度越低，生产出的镁碳质耐火材料在高温下，会由于其中的杂质相熔化成玻璃相并与镁砂或碳产生反应，导致内部产生缺陷，恶化制品的结构局 部,降低制品的高温强度等。石墨中的挥发分在热处理过程中会产生较多的挥发物，导致制品的气孔 率增大，降低制品的使用性能。石墨的粒度对制品的热震稳走性及抗氧化性影响很大。一般认为，鳞片 石墨的缕片越大，则制品的热震稳定性及抗氧化性越好，这是由于大鳞片石 墨具有较高的热导率和较小的比表面积的缘故。一般要求，生产镁碳质耐火 材料用的缕片石墨其粒度大于115目。鳞片石墨的厚度对
7、制品的性能也有 影响，鳞片石墨的厚度越小，其端部表面被氧化的有效面积减小，能提高制 品的抗氧化性。近年来,由于低碳镁碳砖的开发，碳含呈减少，为保证石墨 在制品中的均匀分布，粒度有减小的趙势。（鳞片石養）灰分是石墨经氧化处理后的残留物。石墨中灰分越多，镁碳质制品的抗 渣性能越低。此外，杂质对于石墨的抗氧化性也有一走的影响。其作用可以 分为两个方面。一方面是某些夹杂氧化物对于石墨的氧化有催化作用；另一 方面，石墨的灰分对镁碳质耐火材料氧化后所形成的脱碳层的厚度有影响， 从而影响其抗氧化性。但并非纯度越高的石墨制得的MgO-C质耐火材料的 抗氧化性越好。结合剂结合列的发展对于镁碳砖起着至关重要的作用
8、9。结合列不仅会影响 到镁碳砖的制备工艺，而且还会影响到制品显微结构的变化进而影响到其 使用性能。因此，选择合适的结合列对于镁碳砖的制备起到重要的影响。由于结合列对镁碳砖的性能及工艺有很大的影响，根据镁碳砖的制备工 艺，其对结合列的要求主要有：对石墨及镁砂的润湿角小，能很好的与石墨 及镁砂颗粒结合在一起，粘度小流动性强;高温热处理之后能使制品保持较 高的强度，使其不产生膨胀或收缩；残炭率要高，且对环境无污染。镁碳质 耐火材料常用的结合列主要有以下三种类型： 沥青类结合別：主要使用的为焦油沥青，它是一种热塑性材料，能很 好的与镁砂、石墨等结合且高温热处理之后具有很高的残碳率，价格便宜低， 曾被耐
9、材企业广泛的使用。但是由于人们坏保意识的增加及焦油沥青对环 境污染的加剧,使得现在焦油沥青的使用率下降。 树脂类结合別：这是当前镁碳砖生产企业主要使用的一类结合列，分 为热塑性酚醛树脂及热固性酚醛树脂等。在常温下酚醛树脂便能和镁砂、石 墨等颗粒很好的结合，且具有高温热处理后残炭率高的优点。但是由于酚醛 树脂炭化后所形成的基质为玻璃态结构，使得镁碳砖的抗氧化性及热震稳 走性降低。 改性沥青及改性树脂：针对焦油沥青及酚醛树脂在使用过程中的不足， 使得人们对现有的焦油沥青及酚醛树脂进行改性。经过改性之后的沥青及 树脂,在高温炭化后能形成一些原位生成的碳纟千维或者镶锻结构而不是较 差的玻璃态结构，这将
10、有助于提高镁碳砖的高温使用性能，如提高抗氧化性 及热震稳走性。4添加剂由于镁碳砖中石墨的加入，使得其具有许多优良的性能，但是由于石墨 在镁碳砖的使用过程中容易被氧化，使得其组织结构被破坏，容易被渣液及 金属溶液侵蚀，逬而使得镁碳砖被破坏，降低了镁碳砖的使用寿命及使用性 能。为了保证镁碳砖的使用性能，保护其石墨不被氧化，常常在镁碳砖的制 备中添加少呈的添加列(也叫抗氧化列)。较为常用的添加列有金属AI粉、 金属Mg粉、Si粉、SiC粉及Al-Mg合金、Al-Mg-Ca等复合粉。添加列 除了能防止石墨被氧化外，还通过其它方式影响看镁碳砖的性能，主要作用 如下： 抗氧化作用,阻止碳的氧化。 通过还原
11、CO(g)生成固态碳来减少碳复合耐火材料中碳的损失。 降低气孔率,提高制品的密度，同时也提高抗氧化性。 促进由结合列所生成的无走形炭的结晶。 通过形成表面保护层来提高制品的抗氧化性与抗渣性。抗氧化列的抗 氧化作用通常从两方面来考虑：一是优先于碳被氧化从而对碳起到保护作 用,二是形成某种化合物堵塞气孔。镁碳耐火材料的生产工艺镁碳砖的制备工艺主要有泥料的配料和混练、成型及热处理等。圉1镁碳质耐火材料生产工艺流程圏在镁碳质耐火材料的制备过程中，只有采用合适的镁砂临界粒径、石墨 加入呈、混炼时间及成型压力等，才能得到最优性能的镁碳质耐火材料制品。在生产镁碳质耐火材料时，通常根据需要使用镁碳质耐火材料的
12、部位选 择镁砂的临界粒度尺寸。在溫度梯度较大、制品经受强烈热冲击的部位使用 临界粒度较小的镁砂，以增强其抗热冲击性能;在侵蚀严重的部位，则需要 选择具有较大临界粒度的镁砂，以提高其抗侵蚀性能。在镁碳质耐火材料中基质部分加入一走数星的镁砂细粉，将会调整具中 大颗粒与基质部分的热膨胀系数，使其相互匹配，减小因热膨胀系数的不同 引起的热应力，但若配入的镁砂细粉太细,则会加速MgO的还原，从而引 起镁碳质耐火材料的损毁。石墨的加入呈应与镁碳质耐火材料的使用部位相匹配。一般情况下，若 石墨加入呈小于10% ,则制品中难于形成连续的碳网,不能有效地发挥碳 的优势;石墨加入呈大于20%，生产时成型困难，易产生裂纹，制品易氧化, 所以石墨的加入星一般在1020%之间根据不同的使用部位，选择不同的 石墨加入星。
