Industry dynamics
邯山鎂碳磚是日本首先開發(fā)的耐火產(chǎn)品,于1970年在電爐上開始實用性試驗,通過六年的試驗工作之后被正式推廣應用。1977年,日本川崎鋼鐵公司千葉廠引進了Q—POB轉爐,其轉爐爐底及風口選用樹脂結合不燒成的MgO-C(石墨)系耐火材料,取得了巨大成功,從而開創(chuàng)了含石墨的復合耐火材料在轉爐上應用的先例。之后西歐則開發(fā)了瀝青結合的鎂碳磚,其殘?zhí)剂考s為10%,被成功的用于水冷電爐中的高溫熱點以外的部位,同時也用于轉爐。我國是從1976年開始研究鎂碳磚的。鎂碳磚用作轉爐爐襯的使用經(jīng)驗,證實了這種材質適用于煉鋼領域,到目前為止,轉爐煉鋼仍大量使用鎂碳磚。
鎂碳磚是用鎂砂、碳素原料、有機結合劑及外加劑配制,經(jīng)混練、高壓成型和低溫處理而成的碳結合堿性磚。該磚由于充分發(fā)揮了堿性材料和碳素材料的優(yōu)點,因此具有優(yōu)良的抗熱震性、耐剝落性、抗渣性和抗高溫蠕變性,是冶金熔煉爐的理想襯體材料,受到各國的高度重視。目前,我國能生產(chǎn)普通型和高強度型鎂碳磚,也能生產(chǎn)鎂碳透氣磚等功能型制品,基本上可滿足冶金工業(yè)發(fā)展的需要。
MgO-C磚的性能,主要受到主副原料和化學成分及各組分的相對含量和混合料結構的影響,但是結合劑的種類,加工和成型技術也都起到了同樣的重要作用。圖1.3所示的是一種MgO-C磚的生產(chǎn)流程。
原料的選擇:生產(chǎn)MgO-C磚的原料,主要有鎂砂,其技術要求是純度高、雜質少,顆粒結晶發(fā)育完整、質地均勻,氣孔率低,體積密度高。鎂砂分為電熔鎂砂和燒結鎂砂,但逐步用電熔鎂砂取代部分燒結鎂砂能顯著地提高耐蝕性能。碳素原料一般選用天然的鱗片石墨。它與MgO等氧化物無共熔關系,不形成低熔物。其熱導率大、彈性模量小、熱膨脹系數(shù)低,且具有不浸潤的特點。結合劑是生產(chǎn)MgO-C磚的關鍵性材料。其技術要求:(1)對碳素材料的濕潤角小,親和性要好;(2)殘?zhí)悸矢?(3)雜質和水分含量少。常用的結合劑有酚醛樹脂、改性酚醛樹脂和焦油瀝青等?,F(xiàn)在生產(chǎn)MgO-C磚多數(shù)選用合成酚醛樹脂。外加劑主要有Al、Mg、Si、Al-Mg、AI-Si、Al-Mg-Ca等單元金屬和多元金屬粉,B4C、Al8BC7、Al4SiC4等碳純物和復合堿化物,ZrB2、MgB、CaB6等硼化物。
配比:5-1(3-1)mm鎂砂50~60%,<1mm鎂砂10%,<0.074mm鎂砂+石墨+添加劑30~40%,樹脂5%(外加)。
混練:加料順序一般為鎂砂顆?!Y合劑——石墨——鎂砂細粉和添加劑的混合細粉。并更好是在帶有加熱裝置的混練設備進行,這樣樹脂的流動性能好,能達到均勻分布的目的。
成型:采用液壓機生產(chǎn)MgO-C磚時,一般要求達到115~200MPa的壓力。加壓次數(shù)不能少于15次。
熱處理:MgO-C磚一般在200~250℃溫度下處理,升溫制度為:50~60℃,因樹脂軟化,應保溫;100~110℃,溶劑大量排出,應保溫;200或250℃,為使反應完全,應保溫。
不難看出,MgO-C磚的生產(chǎn)從原料到工藝,已經(jīng)進入極限狀態(tài),因此,現(xiàn)有MgO-C磚性能的提高將是緩慢的、十分有限的。另外,資源也是有限的。由于石墨易被氧化,使得氯化鎂與石墨的高溫反應始終存在,尤其是在真空的冶金環(huán)境中。
MgO-C磚的氧化還原反應以及氧化物夾雜與碳的氧化還原反應均是由物質的本性決定的。石墨的易氧化是決定這一本性的主導方面。因此,對石墨進行人工改性,是解決這個問題行之有效的辦法。只有這樣,才能迸一步改善MgO-C磚的化學相容性條件,進而推動MgO-C磚的發(fā)展。