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製備工藝電爐用鎂碳磚

2019-08-30

按照冷混合工藝用合成焦油結合劑製造的傳統在焦油受損過程中發生硬化並獲得必要的強度,鋁鎂碳磚因此便形成了各向同性的玻璃狀碳。此種碳未顯現出熱塑性,鎂碳磚供應商在內襯烘烤或操作使用過程中該熱塑性能適時地消除大量的應力。用瀝青結合劑生產的鎂碳磚,由於在瀝青碳化過程中形成各向異性的石墨化焦炭結構,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鎂砂、鱗片狀石墨、有機結合劑以及抗氧化劑。

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鎂砂是生產MgO–C磚的主要原料,有電熔鎂砂和燒結鎂砂之分。電熔鎂砂與燒結鎂砂相比具有方鎂石結晶粒粗大、顆粒體積密度大等優點,是生產鎂碳磚中主要選用的原料。生產普通鎂質耐火材料,對鎂砂原料要求主要具有高溫強度和耐侵蝕性能,因此注重鎂砂的純度及化學成分中的C/S比和B2O3含量。隨著冶金工業的發展,冶煉條件日益苛刻,在冶金設備(轉爐、電爐、鋼包等)上應用的MgO–C磚所用的鎂砂,除了化學成分外,在組織結構方麵,還要求高密度和大結晶。


不論是在傳統的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MgO-C磚的主要原料,主要得益於其優良的物理性能:①對爐渣的不濕潤性。②高的導熱性。③低的熱膨脹性。此外,石墨與耐火材料在高溫下不發生共熔,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於95%,是大於98%的石墨。


除石墨外,炭黑也普遍用於鎂碳磚的生產。炭黑是由烴類碳氫化合物的熱分解或不完全燃燒製得的具有高度分散的黑色粉末狀碳質物料,炭黑顆粒細小(小於1μm),比表麵積大,碳的質量分數為90~99%,純度高,粉末電阻率大,熱穩定性高,熱導率較低,屬難石墨化碳。炭黑的加入可有效改善MgO-C磚的抗剝落性,增加殘碳量,並提高磚的密度。



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


1)瀝青類物質。焦油瀝青是一種熱塑性材料,具有與石墨、氧化鎂親和力大,炭化後殘碳率高,成本低的特點,過去曾大量使用;但是焦油瀝青中含有致癌的芳香烴,尤其是苯並茁含量高;由於環境意識的加強,現在焦油瀝青的使用量在減少。


2)樹脂類物質。合成樹脂是由苯酚和甲醛反應製得,在常溫下便能和耐火材料顆粒很好的混合,炭化後殘碳率高,是當前生產MgO-C磚用主要結合劑;但它炭化後形成的玻璃態網絡結構,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上,經過改性得到的物質。如果結合劑炭化後能形成鑲嵌結構和原位形成碳纖維物質,那麽這種結合劑將改善耐火材料的高溫性能。


為了提高MgO-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和最近報導的Al-B-C和Al-SiC-C係等添加劑[5–7]。 添加劑的作用原理大致可分為兩個方麵:一方麵是從熱力學觀點出發,即在工作溫度下,添加物或者添加物和碳反應生成其他物質,它們與氧的親和力比碳與氧的親和力大,優先於碳被氧化從而起到保護碳的作用;另一方麵,即從動力學的角度來考慮添加劑與O2,CO或者碳反應生成的化合物改變碳複合耐火材料的顯微結構,如增加致密度,堵塞氣孔,阻礙氧及反應產物的擴散等。


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