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镁炭砖

作者:admin 发布日期: 2019-11-05 二维码分享
镁炭砖

镁炭(MgO-C)砖是由高熔点碱性氧化物氧化镁(熔点2800℃)和难以被炉渣浸润的高熔点炭素材料为主要原料,添加各种非氧化物添加剂,用炭质结合剂结合而成的不烧炭复合耐火材料。
镁炭砖主要用于转炉、交流电弧炉、直流电弧炉的内衬,钢包的渣线等部位。
术语
碳、炭和煤
“碳”(carbon)是元素的名称,是所有核电荷数为6的原子的总称,元素符号为C。常在书写碳元素的单质及含有碳元素的化合物名称时使用。如碳元素、碳-60、一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳酸钙、碳氢化合物等。
“炭”(charcoal)是指由碳元素组成的部分单质,仅在书写由碳元素组成的无定形碳的名称时使用,如木炭、活性炭、焦炭、炭黑等。
碳是炭中.主要的成分,炭中除了碳以外还有一些杂质,就是原料中所含烧不掉的灰分。纯粹的碳燃烧之后应该全部变成二氧化碳,不存在灰分。“煤”(coal)是以碳元素为主的有机物和无机物共同组成的复杂混合物;在隔绝空气加热的情况下,煤可分解,生成物中的固态物质就是焦炭。
可见,木炭、活性炭、焦炭是由碳元素形成的单质;此外,金刚石、石墨也是由碳元素形成的单质。
碳有各种不同的形式,就其结构而言有晶体碳,如金刚石、石墨、富勒烯和卡宾;有无定形结构,如无定形碳膜,类金刚石膜;有纳米结构碳,如纳米碳管和纳米碳簇;另外还有无序结构石墨,如图13-1.

在耐火材料中大量使用的是晶态的石墨碳。另外,在有些制品(如铝炭制品)中也会加入适量的非晶质碳(如炭黑),以改善含碳耐火材料组成,提高其性能。
镁炭砖的性能
MgO-C砖作为一种复合耐火材料,有效地利用了镁砂的抗渣侵蚀能力强和碳的高导热性及低膨胀性,补偿了镁砂耐剥落性差的.大缺点。
耐高温性能
TM.PMgO=2825℃,TM.P grapgite﹥3000℃,且MgO 与C间在高温下无共熔关系。因而镁炭质耐火材料具有良好的高温性能。
抗渣能力强
MgO本身对碱性渣及高铁渣具有很强的抗蚀能力,石墨对渣的润湿角大,与熔渣的润湿性差。因而镁炭质耐火材料具有高的抗渣性。
抗热震性好
材料的抗热震指数R∝Pmλ/Eα
式中 Pm-材料的机械强度;
λ-材料的热导率;
E-材料的弹性模量;
α-材料的线膨胀系数。
石墨具有高的热导率(λ1000℃石墨=229W/m·K,λ1000℃MgO=24.08W/m·K),低的线膨胀系数(α0~1000℃石墨=1.4~1.5×10-6/℃,αMgO=14~15×10-6/℃),小的弹性模量:E=8.82×1010Pa,且石墨的机械强度随着温度的升高而提高。因此镁炭砖具有良好的抗热震性。
高温蠕变性低
MgO-C砖与其他陶瓷结合耐火材料相比,显示出特别好的蠕变特性。这是因为MgO-C砖的基质是由高熔点的石墨和镁砂细粉组成,且颗粒间存在着牢固的碳结合网络,不易产生滑移,C与MgO无共熔关系,液相少。
原料对镁炭砖性能的影响
生产MgO-C砖所需的主要原料有镁砂、石墨、结合剂和添加剂,这些原料的质量直接影响着MgO-C砖的性能和使用效果。
镁砂
镁砂是生产MgO-C砖的主要原料,镁砂质量的优劣对MgO-C砖的性能有着极为重要的影响,如何合理地选择镁砂是生产MgO-C砖的关键。镁砂有电熔镁砂和烧结镁砂,它们具有不同的特点。
电熔镁砂:晶粒大(﹥80μm),杂质少,硅酸盐相少,晶粒直接结合程度高,晶界少。
烧结镁砂:晶粒细小(0~60μm),杂志与硅酸盐相相对较多,直接结合程度较差。
对于镁砂原料,除了化学成分外,在组织结构方面,还要求高密度和大结晶,因此,作为生产MgO-C砖用的镁砂原料质量指标,应考察下列内容:
(1)MgO含量(纯度);
(2)杂质的种类特别是C/S和B2O3含量;
(3)镁砂的密度、气孔孔径、气孔形状等(烧结性)。
镁砂的纯度对MgO-C砖的抗渣性能有着重大的影响。MgO含量越高,杂质相对越少,硅酸盐相分割程度降低,方镁石直接结合程度提高,抗渣的渗透及渣的熔损能力提高。
镁砂中的杂质主要有CaO、SiO2、Fe2O3、B2O3等,天然镁砂中B2O3杂质含量极低,属无硼砂。镁砂中如果杂质含量高,特别是B2O3的化合物,会对镁砂的耐火度及高温性能产生不利影响。
镁砂中的杂质主要有以下几个方面的不利影响:
(1)降低方镁石的直接结合程度;
(2)高温下与MgO形成低熔物;
(3)Fe2O3、SiO2等杂质在1500~1800℃时,先于MgO与C反应,留下气孔使制品的抗渣性变差。
(4)对于镁砂原料,除了杂质的总量以外,杂质的种类及相对含量对镁砂的性能同样有重大影响。其中的CaO/SiO2比和B2O3含量的影响.为明显。CaO/SiO2比控制着镁砂的副晶相类型。一般镁质耐火材料通常要求CaO/SiO2≧2,从而使副晶相组成相落在CaO-MgO-SiO2三元相图中CaO-MgO-C2S三相之间的高熔点区,以提高MgO-C砖高温稳定性,如图13-2所示。

在CaO-MgO-C2S三相区域内,C2S(bicalcium silicate)的熔点(2130℃)和C3S(tricalcium silicate)的熔点(1900℃)均很高。另外低硅镁砂可以减少MgO与C的高温反应,CaO/SiO2比高的镁砂,在高温下与石墨共存的稳定性好,CaO/SiO2比越高,方镁石直接结合程度亦高。
镁砂的烧结性对MgO-C砖的性能也有影响。镁砂的积体密度越高,封闭气孔越少,则镁砂向熔渣中溶解的溶解度越小,MgO-C砖的抗渣熔损性能越好。
MgO-C砖在使用过程中,镁砂熔损的重要过程之一是熔渣侵蚀方镁石晶界内,从而促进了MgO与熔渣的反应。当熔渣和存在于方镁石晶界中的SiO2和CaO等杂质反应之后,方镁石晶体不断剥落进入熔渣中。体积密度高的镁砂可以减少熔渣的侵入,从而提高了MgO-C砖的耐蚀能力。所以生产MgO-C砖的镁砂一般要求体积密度不小于3.34g/cm3,.好大于3.45g/cm3。
方镁石的晶粒尺寸和体积密度决定着MgO同熔渣反应的比表面,从而影响其蚀损程度。方镁石的晶粒尺寸越大,则方镁石晶粒的比表面越小,这意味着熔渣与方镁石反应的面积越小,因而其抗渣能力越强。
方镁石直接结合程度越高,则晶界越少,晶界面积亦小,因而熔渣向晶界处渗透越难。一般情况下,电熔镁砂的抗侵蚀性比烧结镁砂好。原因就在于电熔镁砂的晶粒尺寸大、晶粒间的直接结合程度比烧结镁砂要高。因此,要生产高质量的MgO-C砖,须选择高纯镁砂(MgO≧97%),C/S≧2,CaO+SiO2量低,体积密度不小于3.34g/cm3,结晶发育良好,气孔率≦3%,.好小于1%。
烧结镁砂和电熔镁砂的有关技术指标请参阅GB/T 2273-1998和ZB D52 001-1990标准。

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