耐火材料课程论文题目：镁碳砖的制备及应用
院系建筑与材料工程系
专业材料工程技术
班级09材料工程技术班
学生姓名许江涛
学号**********
任课教师倪佳苗
2011 年 06月 10 日
镁碳砖的制备及应用
专业材料工程技术学生许江涛学号0961020066
摘要：镁碳砖是广泛使用的耐火材料,目前,生产中仍存在易层裂、韧性差等问题。

调整镁碳砖配合料颗粒级配、控制混合料湿度与优化压制过程等措施可以提高生产质量。

关键词：镁碳砖；耐火材料；颗粒级配；应用
一、原料的选用
1、镁砂：一般选用含氧化镁95%～99%的电熔镁或烧结镁砂。

CaO/SiO2（物质的量比）大于2和杂质含量少。

MgO含量越高，杂志相对越少，硅酸盐相分割程度降低，方镁石直接结合程度越高，镁碳砖的抗渣侵蚀性越强（在组织结构方面要求镁砂高密度并且结晶大）菱镁矿等为原料经电弧炉熔炼达到熔融状态冷却后形成的称为电熔镁砂；从海水中提取氧化镁制成的称为海水镁砂。

镁砂是耐火材料最重要的原料之一，用于制造各种镁砖、镁铝砖、捣打料、补炉料等。

电熔镁砂是用精选的特A级天然菱镁石或高纯轻烧镁颗粒，在电弧炉中熔融制得。

该产品具有纯度高，结晶粒大，结构致密，抗渣性强材料，热震稳定性好，是一种优良的高温电气绝缘材料，也是制作高档镁砖，镁碳砖及不定形耐火材料的重要原料。

理化指标：
2、石墨：一般选用结晶发育完整且纯度高达92%～99%的天然鳞片状石墨。

石墨越纯，固定碳含量越高，则灰分及挥发分越少，生产出来的镁碳砖在高温下使用时结构好，高温抗折强度大，耐侵蚀性越好。

镁碳砖的碳源选用石墨，碳能防止炉渣向砖内浸入，有益于提高砖的抗侵蚀性；但另一方面碳容易氧化又是其固有属性。

众所周知，当砖中的碳被氧化时，砖的特性也随之消失。

氧化越剧，损毁越快。

碳氧化的主要途径:一是与炉渣中的FeO反应；二是与气氛中的O2与CO2反应；三是与砖中的MgO反应。

FeO+CFe+CO①C+O2CO②
2CO2+2C4CO③
≥1400℃时
C+MgOMg↑+CO④
反应①是主要的氧化反应，FeO含量越高，氧化速度越快，见图4。

反应②、③只是在MgO-C砖使用后的降温过程中才有可能发生，当温度降到1000℃以下时反应开始进行，见图5。

温度降低时，由于炉渣的保护，反应不会剧烈，如果没有炉渣保护，这时②③反应是很猛烈的。

反应④在温度达到1400℃后才发生的可能，但由于Mg蒸气的重新凝聚，形成致密的MgO层，封密砖的气孔，使砖的抗侵蚀性提高，无疑是有益的。

但温度达到1700℃以后，Mg蒸气分压变高，重新凝聚难以进行，反应④对砖的抗侵蚀性产生了不利影响。

因此，当冶炼温度超过1700℃时,对MgO-C炉衬侵蚀和破坏是显而易见的。

所以，冶炼操作要求控制高温钢的比例是十分必要的。

2、1 防止石墨氧化
作为防氧化的主要手段是向砖中引入易氧化的活泼的金属粉末，如Al粉、Mg粉、Al-Mg合金、Si粉,以及氮化物、硼化物、碳化物等易氧化物质。

其理由在于砖被加热时，这些物质即与C或者CO发生反应生成碳化物，并且使C重新凝聚，最终生成Al4C3、Al2O3、MA等高熔点物质并随之产生体积膨胀，使砖体致密化，形成陶瓷结合，从而提高了抗氧化性和高温强度，现以加入Al粉为例，列式于以说明：
Al(S)+3/4C(S)→1/4Al4C3(S)⑤
2Al(S)+3CO(g)→Al2O3+3C⑥
Al(S)+3/2CO(g)+1/2MgO(S)→1/2MA+3/2C⑦
1/2Al4C3+3CO(g)+MgO(S)→MA+9/2C(S)⑧
大量的研究和实践证明，加入防氧化剂对提高MgO-C砖的抗侵蚀性
是行之有效的。

经验证明，加入复合防氧化剂效果比加入单一防氧化剂效果要好。

3、结合剂:镁碳砖在生产早期使用焦油沥青作结合剂，多用酚醛树脂。

其本身具有良好的弹性和有抛光作用，形成磨具后，仍具有良好的自锐性，不易堵塞，修整少，而且磨削效率较高，磨削温度较低，磨削的表面光洁度高，所以应用范围十分广泛。

与金刚石磨料结合形成树脂结合剂金刚石磨具，经常应用于硬质合金工件、钢基硬质合金工件，以及部分非金属材料的半精磨、精磨等；与树脂结合剂结合形成树脂结合剂立方氮化硼磨具，主要用于高钒高速钢刀具的刃磨和工具钢、模具钢、不锈钢和耐热合金工件的半精磨、精磨等。

但树脂结合剂对磨料的把持性较差，耐热性也较差，导致高温磨削下磨具的磨损大，尤其在大负荷磨削时尤为明显，常以采用镀附金属衣磨料来加以改善。

其优点如下⑴酚醛树脂系性结构的高分子，对石墨有优良的润湿性，热解生成非晶态碳；⑵混炼与成型性能好，在室温下可直接混炼与成型，压制的砖坯强度高；⑶可降低烟尘质量浓度，减少环境污染；⑷残碳量高。

4、添加剂：镁碳砖的优良性能依赖于砖中碳的存在，但在使用过程中碳极易被氧化，使制品组织劣化，降低转的使用寿命。

目前主要通过添加抗氧化剂（金属铝粉，硅粉，铝镁合金粉，碳化硅，碳化硼）的手段来提高镁碳砖的抗氧化性能。

抗氧化机理：Ⅰ.抗氧化剂与氧反应，避免碳与氧反应；Ⅱ.氧化后形成的新物相（如碳化物，氧化物及尖晶石）产生体积膨胀，封闭气孔，使砖的致密度提高，阻止了熔渣的渗透；Ⅲ.新生成的物相在石墨和氧化镁间“搭桥”，使其形成牢固结合。

抗氧化剂的加入量一般为1%～6%。

二、产品制备
镁碳砖一般为不烧制品，生产工艺主要包括原料准备，配料，混炼，成型和热处理。

采用高纯镁砂粉粒、碳素材料（包括石墨）和焦油沥青或树脂等为原料，经配料、热混、成型后，再经300℃左右或1000℃以上焙烧而成。

为抑制砖中的碳的氧化，常添加铝、硅、镁等金属或氮化硼，加入量不超过5%。

采用高压力成型机成型，以提高专的密度。

成型时应该严格按照先轻后重、多次加压的操作规程进行压制，以免产生裂纹，最好采用抽真空、排气加压装置，成型后砖坯浸防滑剂进行防滑处理，避免施工时发生安全事故。

三、镁碳砖的应用
转炉各部位炉衬的工作条件见表 4 ，转炉结构示意图见图 4 。

炉口、炉帽部位温度变化剧烈，受渣蚀较严重，应选用抗热震性好，抗渣性强的镁碳砖。

耳轴区两侧除受吹炼时损毁作用外，表面无保护渣层覆盖，不易修补，砖中碳易氧化，应砌筑抗渣性优良、抗氧化性好的优质镁碳砖。

渣线部位与熔渣长期接触，受渣蚀严重，需砌筑具有优良抗渣性的镁碳砖。

装料侧吹气时炉渣和锵水的喷溅作用容易造成化学侵蚀、磨损、冲刷以及装人废钢和铁水时的直接撞击和冲蚀，应选用具有抗渣性强、高温强度高、抗热震性好的镁碳砖。

炉缸、炉底与其他部位相比侵蚀较轻，可选用普通镁碳砖。

当采用顶底复合吹炼技术时，尤其是底吹CO、O2等气体时，损毁更为严重，应选用抗氧化性和抗热震性好高温强度高，抗渣性强的高级镁碳砖。

根据转炉炉体部位损毁的特点，使用不同品级的镁碳砖配合砌筑，形成均衡损毁的综合炉衬。

四、镁碳砖技术发展趋势
（1）纳米技术在镁碳砖中的应用。

日本某研究机构已经应用纳米技术生产镁碳砖在RH炉上试验使用，但是该镁碳砖成本惊人。

纳米技术能否在镁碳砖生产上得到推广现在还不乐观。

（2）超低碳镁碳砖。

在冶炼超低碳钢和不锈钢时对镁碳砖中碳含量提出了新的要求，要求制品具有高碳镁碳砖的性能的同时，碳含量尽可能低，目前碳含量在5％以下的低碳镁碳砖已经是比较成熟的制品，进步研发碳含量在3 ％以下的镁碳砖是某些生产企业正在攻关的主要课题。

（3）利用新工艺对废弃镁碳砖的综合利用是今后科技工作者研究的课题之一，对提高企业经济效益和社会效益具有重要意义，有利于推动我国循环经济的快速发展和构建“节约型社会”，走可持续发展道路。

减少耐火材料废弃量，加大耐火材料的利用率，是未来该领域研究发展的方向。

参考文献
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2、殷毅、王一心．不烧复合 MgO-C砖的研制及在转炉上的应用．耐火
材料,1992
3、许晓海、冯改山．耐火材料技术手册．北京：冶金工业出
版社，2000
4、张江伟，张治广．邢钢炼钢系统耐火材料的使用情况．耐火材料、
2007
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