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鎂碳磚原材料的選用

研究與實踐表明,原材料的質量性能對鎂碳磚使用效果有較大影響。因此,必須嚴格選用各種原材料。
一、鎂砂的選擇
鎂碳磚在使用過程中鎂砂顆粒的蝕損過程大致為:
① 方鎂石顆粒與石墨在高溫真空下產生固相反應如下:
MgO+ C→Mg ↑+ CO ↑
生成的蒸汽和CO揮發;
② 方鎂石顆粒被熔渣化學熔損,包括外來爐渣及鎂砂雜質中的各類氧化物的熔損;
③ 鎂碳磚工作層基質氧化脫碳后,其結合強度降低,在爐渣的滲透及沖刷下,方鎂石顆粒脫離磚體被沖裹進爐渣內。
日本學者對電熔鎂砂中MgO含量與侵蝕深度間的關系以及鎂碳磚的抗渣性與鎂砂中方鎂石晶粒大小之間的關系作了深入的研究,其結果見圖1、圖2。從圖1、圖2可以明顯看出,生產鎂碳磚不僅要注意鎂砂的純度,而且還要注意選用大結晶的電熔鎂砂,并希望CaO/ SiO2≥2。在充分考慮上述因素后,使用的鎂碳磚選用了方鎂石結晶晶粒大、結合力強、雜質少的高氧化鎂含量的鎂砂作為主要原料,這種鎂砂不僅能降低方鎂石晶體被硅酸鹽相分割程度,減少熔渣對晶界的侵蝕速度,還可以提高鎂砂與石墨高溫共存時的穩定性。此外,由于其體積密度大、結合力強,在鎂砂加工過程中可得到邊界棱角鮮明的顆粒,加強與基質的鑲嵌結合,提高鎂砂顆粒在鎂碳磚中的穩定性。
二、石墨的選擇
鎂碳磚的碳源選用石墨,碳能防止爐渣向磚內浸入,有益于提高磚的抗侵蝕性。鎂碳磚一般選用天然鱗片狀石墨。天然鱗片石墨的熔點高達3700 ℃,它具有典型的片層狀結構、高的導熱率和低膨脹系數及彈性模量,是生產鎂碳磚理想的碳素材料。石墨的純度越高鱗片越厚大,抗氧化性能就越好,高溫失重也就越小。選用的石墨應分為兩個檔次,易損部位如耳軸、渣線、裝料側的加長磚宜選用L197牌號石墨,其他部位宜選擇L195牌號石墨,對石墨中SiO2含量應控制在最低范圍。
三、結合劑的選用
結合劑是生產鎂碳磚的關鍵材料,應具備以下條件:
1.常溫下能保持適當的粘度和流動性,對鎂砂和石墨有良好的潤濕性和親和性,不產生時效硬化;
2.在熱處理過程中能進一步聚合,使制品有較高的強度;
3.在升溫過程中應有較高的殘碳性,并與其它碳素材料聚合,使制品有良好的高溫性能;
4. 性能穩定可靠。
根據上述要求,經過反復實踐,選用酚醛樹脂或瀝青結合劑作為生產鎂碳磚的結合劑。
四、防氧化劑的選用
鎂碳磚的氧化脫碳是導致其蝕損的重要原因。鎂碳磚脫碳后,造成了基質疏松、結合強度降低,被爐渣滲透熔損,鎂砂骨料脫落。向鎂碳磚中添加一些與氧的親和力大于碳的粉末,可大大提高鎂碳磚的抗氧化能力及高溫強度。
硅粉:有良好的防氧化效果,硅粉本身氧化生成二氧化硅,熔點較低,對鎂碳磚的使用會帶來一些負面影響,所以一般使用在不接觸渣的部位,比如轉爐包底、轉爐爐口爐帽等。
碳化硅:防氧化效果與硅粉相同,使用部位也相同。
鋁粉:防氧化效果良好,主要使用在轉爐渣線部位。
碳化硼:防氧化效果良好,主要使用在轉爐出鋼口部位。
以上防氧化劑在使用上都有自己的優勢和劣勢,比如鋁粉,使用在轉爐耳軸部位就會降低該部位產品的抗剝落性能。在很多情況下,會將幾種防氧化劑配合使用,比如在轉爐整體出鋼口就會同時使用鋁粉、硅粉碳化硼。另外,防氧化劑的使用不單單考慮其防氧化性能,有時還要考慮其對其他性能的貢獻,比如在包底制品中加入適量的鋁粉,能大幅度的提高該部位制品的高溫強度,從而提高該制品的抗沖擊性能。


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