镁碳砖

镁碳砖以电熔(或烧结)镁砂和石墨为主要原料，加入适量的抗氧化剂，以酚醛树脂为结合剂配制而成。经混练、成型、热处理生产出成品砖。

1镁碳砖生产工艺

1.1镁碳砖生产工艺流程

镁碳砖生产工艺流程见图1。

1.2原材料

所用原料有镁砂、沥青、结合剂、石墨、炭黑、氧化铝质材料和抗氧化剂等。

1.3混练

混练设备一般采用湿碾机或高速混练机。近几年有些生产厂家为了使泥料混合的更好采用二次混料，首先在高速混练机中混﹥10分钟出料，然后在湿碾机中二次混练。混练质量对成型和制品性能影响很大，应注意加料顺序和混练时间，保证混练时间大于40分钟。冬季生产时，骨料应预热。加料顺序：骨料-结合剂-石墨-细粉，各厂家可根据实践经验确定各自的加料顺序。大部分生产厂家混练好泥料后，困料1～4小时。

1.4成型

砖坯的密实程度取决于颗粒级配和泥料的性能，同时与成型压力密切相关。为了使砖坯达到高致密度低气孔率，生产转炉衬砖一般采用液压机和1000T以上摩擦压砖机，生产钢包衬砖最好也采用1000T以上的摩擦压砖机成型。

1.5热处理

镁质含碳制品的热处理温度取决于结合剂酚醛树脂固化温度。生产含碳制品采用的热固性酚醛树脂固化反应小于300℃，在100℃以上开始发生交联，生成一种坚硬不溶性树脂。根据热固性酚醛树脂的特性，镁质含碳制品热处理温度一般控制在﹥200℃。

2镁质含碳制品生产技术关键

镁质含碳制品生产技术参数的确定取决于使用条件，针对不同的冶炼条件，不同的使用部位，在生产镁质含碳制品时应选取不同的生产技术方案。炼钢和精炼炉衬用镁质含碳制品既有共性要求，也有特殊要求。例如转炉、电炉、钢包用衬砖有相同的耐侵蚀性、耐剥落性和抗氧化性相同的共性要求，同时又有转炉衬砖要求有良好的粘渣性以利于溅渣护炉的工艺需要的特殊的要求。

2.1抗氧化性

1)加入抗氧化剂。镁质含碳制品中碳在高温下氧化是不可避免的，如何降低氧化程度，使碳的氧化层尽可能减小是研究工作的重点。加入金属和非氧化物抗氧化剂是有效的方法。抗氧化剂有Al、Si、B4C、Al-Mg、SiC和CaB6等。镁碳砖中抗氧化剂通常加Al、Si、B4C、Al-Mg，从国内一些厂家生产镁碳砖情况看，大多数采用下述抗氧化剂加入形式：金属Al、金属Al+Si、Al+B4C、Al+Si+B4C、Al+Al-Mg、Al+Al-Mg+B4C、Al+SiC。抗氧化性和抗侵蚀性是相互影响的，当镁碳砖工作层表面氧化后，氧化层结构疏松，易被钢水冲刷掉，又极易侵入钢渣形成反应层剥落掉。图2为镁碳砖加入抗氧化剂与侵蚀的关系。可见，含上述添加剂的镁碳砖抗侵蚀性优于不含添加剂的镁碳砖。

2)碳含量对氧化层厚度的影响。冶炼洁净钢时，为减少耐火材料进入到钢水中造成增碳的问题，要求精炼钢包衬无碳化，由于渣线部位无碳砖使用寿命达不到要求，目前还在使用镁碳砖。但钢厂提出降低碳含量，有的钢厂要求C含量5%或更低。从抗氧化性的角度考虑，降低碳含量有利于提高抗氧化性。镁碳砖的氧化层厚度随C含量的降低而减薄。经1400℃烧后C含量12%的镁碳砖氧化层厚度为8～10mm，C含量4%的镁碳砖氧图化层厚度为4～5mm。彭小艳等人经过实验对不同含C量的镁碳砖XRD和显微结构分析得出结论：低碳镁碳砖比高碳镁碳砖氧化层厚度约小一半，因而低碳镁碳砖具有良好的抗氧化性。低碳镁碳砖加入的抗氧化剂金属Al与N结合形成AlN，而高碳含量的镁碳砖中抗氧化剂金属Al易于形成Al4C3, 使材料产生膨胀，见表1。

2.2耐剥落性

镁碳制品加入石墨后具有极好的耐剥落性，但是由于炼钢工艺和炉外精炼操作技术的发展，转炉和钢包工作条件更加苛刻，在大型转炉和精炼钢包使用的镁碳砖还存在剥落损坏的现象，镁碳制品抗剥落性仍然是研究人员急需解决的问题。镁碳砖使用中产生剥落一方面是由于温差变化造成热冲击所产生热应力引起的，另一方面是由于自身结构不均衡性引起的，在镁碳制品中加入石墨和其它炭质材料可以改善耐剥落性。

从下列公式可以看出，提高导热系数和降低热膨胀系数，能够提高抵抗裂纹发生的能力。可以通过加入导热系数大、热膨胀系数小的炭素来降低制品的弹性模量，提高镁碳砖的耐剥落性。

R=σ(1-μ)K/EapC

式中：R-耐剥落性;σ-断裂强度;K-热导率;a-热膨胀系数;P-密度;C-比热;E-弹性模量;μ-泊松比

日本的研究人员在低碳镁碳砖中加入炭黑将试样在1500℃还原气氛下烧成，测弹性模量。烧成条件分别为，长时间烧成保温9小时;短时间烧成保温9小时;反复3次烧成，每次保温3小时，见图3。

从图中可以看出不论那种烧成条件，弹性模量都随炭黑的添加量增加而降低。9小时烧成比3小时烧成弹性模量高，3小时烧成比3小时反复三次烧成弹性模量高。说明加入炭黑弹性模量降低，含碳制品耐剥落性提高。

2.3砖坯致密性

提高镁质含碳制品的致密性，显气孔率降低，有利于阻止氧向砖内部进入，提高抗氧化性能。砖坯致密性差的因素有：一是原料不致密，二是结合剂加入量多，三是颗粒级配不合理，四是成型压力不足。因此提高制品砖坯的致密性应从上述几个方面考虑。

1)合理选择原料提高致密性。

2)合理调整颗粒级配提高砖坯致密性。极限粒度通常选用7mm、5mm和3mm三种极限粒度。不同极限粒度镁碳砖性能指标见表2。试验结果证明，在生产工艺相同的条件下，采用三种极限粒度生产的砖，只要达到合理的颗粒级配，成品砖的体积密度和显气孔率基本相同。但从生产工艺稳定性考虑，为避免泥料偏析以及细粉料过剩，同时从使用性能考虑，小颗粒镁砂能减小与基质之间的热膨胀量，建议极限粒度选用≤5mm。

3)提高成型压力提高砖坯致密程度成型压

力及压力制度是保证砖坯致密度的有效措施，压制砖坯时实行先轻后重和多次加压的方式，使泥料中的气体排出，这种成型方法既有利于砖坯致密程度的提高，又不易产生层裂。建议生产镁碳砖时采用>1000吨压砖机成型，以保证获得较高致密性的砖坯。国内某厂用两种不同吨位的摩擦压砖机生产C含量14%的渣线用镁碳砖，对比试验结果见表3。

2.4提高制品强度

制品的耐压强度与砖坯的致密程度有关。此外，还可以通过添加适量的碳黑提高含碳制品的耐压强度。加入碳黑使强度提高主要是由于碳黑是一种毫微米细粉材料，极易分散，在成型过程中可以充添到孔隙当中，使砖坯的致密程度提高。碳黑加入量对镁碳砖强度的影响见表4。

【中国镁质材料网 采编：ZY】