近几十年来,由于日益苛刻的冶炼条件和不断变化钢铁冶炼生产技术,对镁碳质耐火材料提出了较高的要求,主要集中在改进工艺,提高质量和使用效果,并已取得了良好效果。
石墨具有一种层状的结构,层内原子以强的共价键六边形排列组合到一起,层与层之间是范德华力,使其具有较强的方向性即明显的各向异性,层内及整个表面含有较低的能量,几乎不润湿液态高温熔渣和钢水。石墨具有很高的热稳定性而不熔化,离子迀移是很有限度的,镁碳砖中氧化镁之间的离子结合和石墨的共价键结合之间不可能再结合,因此,需要第二项的结合剂,形成网络结构而获得较大强度,然而其在边界上有自由价键,可以吸附各种物质。鳞片状石墨较其他碳制品具有较高的抗氧化性,而这种抗氧化性也赋予的镁碳砖的抗磨性能的提高。
鳞片状石墨的纯度和加入量对镁碳砖的性能起着极为重要的影响。它的适量加入能够有效的抑制炉渣侵入耐火材料组织内部,研究表明,碳含量为15%的镁碳砖具有较好的抗渣侵蚀性能。直接影响镁碳砖的性能和使用效果的主要因素包括石墨中固定碳含量、石墨粒度大小、形状以及挥发分等。加入量越多,带入的灰分也越多,石墨的纯度影响着镁碳砖的抗剥落性能和高温抗折强度的大小,灰分的主要成分是二氧化硅,其次是氧化铝和氧化铁在操作温度下,氧化硅和氧化铁容易被还原并在使用过程中使石墨氧化,所以对镁碳砖特别有害。
镁碳砖防氧化的方法有三种:一是外涂防氧化剂,在低温下形成玻璃态物质防止碳的氧化,但高温下失去作用。二是致密化,改变颗粒尺寸、结合剂以及加大成型压力的方法。三是加入少量比氧更易氧化的金属或非金属化合物添加剂来抑制碳的氧化。如:铝、硅、镁、钙等,或者铝镁、硅镁钙、铝镁钙等二元或三元合金代替金属,还有利用碳化硅、碳化硼、硼化钙以及二氧化钛等化合物也可以起到防止碳氧化的作用。抗氧化剂在较低温度下导致产生细小的气孔,降低镁碳砖的透气性,从而阻止氧的进入,高温下还能增强砖的高温强度,使用混合金属与单独使用金属强度更高,添加的金属铝、硅粉在1000度1400度之间形成多种反应产物,填充碳氧化后剩余的气孔,从而改善高温强度及提高抗氧化性能。在1120K添加金属铝的砖体高温强度低于添加金属硅和铝的高温强度,而在1568K则相反,但其抗水化能力随着硅的增加而降低。
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