李亮;王世峰;陈士冰
【摘 要】镁碳砖是广泛使用的耐火材料,上世纪70年代始在结合剂、低碳化、抗氧化剂及新型添加剂等方面都进行了深入研究.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. 隧道隔音降噪施工【期刊名称】srvcc《山东轻工业学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2010(024)003
【总页数】4页(P25-28)
【关键词】镁碳砖;耐火材料;内部层裂;压制成型;生产工艺
【作 者】李亮;王世峰;陈士冰
【作者单位】山东轻工业学院,山东省玻璃与功能陶瓷加工与测试技术重点实验室,山东,济南,
250353;山东轻工业学院,山东省玻璃与功能陶瓷加工与测试技术重点实验室,山东,济南,250353;山东轻工业学院,山东省玻璃与功能陶瓷加工与测试技术重点实验室,山东,济南,250353
【正文语种】中 文
清洗喷嘴【中图分类】TQ175.6
0 引言
镁碳砖是一种优质耐火材料,由于该种含碳耐火制品具有耐火度高、抗渣侵性能好、耐热震性强及高温蠕变小等优点,在电炉、转炉及精炼炉上广泛得到应用,使用寿命大幅度提高。同时,由于镁碳砖不需高温烧成,节省能源,制作工艺简单,因而被全世界许多国家迅速推广应用[1]。
1 镁碳砖的发展
自上世纪 70年代起,镁碳砖行业不断发展。日本的渡边明等人首先研制成功了镁碳砖。198
8年岛田康平[2]等提出将高纯烧结镁砂制镁碳砖用于转炉上。同年,联邦德国的 Arno Gardziella博士[3]提出耐火制品中作为结合剂和碳形成剂的酚醛树脂的选择标准;Tadeusz Rymon Lipinski等[4]研究了吹氧转炉镁碳砖中金属添加物的反应。意大利的B.DE Benedetti等[5]研究了树脂结合镁碳砖的耐侵蚀性。1991年鹿野弘等[6]对镁碳砖的透气性进行了一系列的研究。1992年 Gunar Klop等[7]研究了不同碳含量及镁砂成分对镁碳砖微观结构的影响。1998年国外研究人员发现高粘性玻璃添加物可提高镁碳砖的抗氧化性和抗水化能力。我国于上世纪80年代开始研究镁碳砖,1991年黄向东等[8]人对镁碳砖用结合剂合成工艺及性能进行了研究。1994年胡超等[9]使用镁碳砖代替原有材料作电弧炉内衬,提高了炉衬的使用寿命。1998年谢建明等[10]研制出铝镁碳砖用沥青结合剂。1999年姚金甫等[11]人研制出中间包等离子加热用导电镁碳砖,并投入实际应用。 2 传统镁碳砖的生产工艺
镁碳砖的主要原料包括镁砂、石墨以及有机结合剂。镁砂分为电熔镁砂与烧结镁砂是生产镁碳砖的主要原料。要确保镁碳砖的质量要求,应选用低杂质、高纯度、经过电炉重熔且结晶发育完好的镁砂。电熔镁砂与烧结镁砂相比具有方镁石结晶粒粗大、颗粒体积密度大等
人工智能建站优点,是主要选用的原材料。考虑到使用效果与成本,按不同比例选用各种级别的电熔镁砂。镁砂的颗粒配比对镁碳砖的使用效果影响较大。粗颗粒作为骨料在配料中占有较大比例,而临界尺寸的确定对砖的物理性能有更重要的影响。天然鳞片石墨是生产镁碳砖理想的碳素材料。其熔点高达3700℃,具有典型的片层状结构、高导热率和低膨胀系数及弹性模量,可以提高镁碳砖的抗钢水浸润能力。结合剂是生产镁碳砖的关键。现在生产镁碳砖多选用合成酚醛树脂作为结合剂。原料首先在高速混炼机中混练,然后经过压制成型,最后在 200℃左右的温度下干燥制成镁碳砖[12]。
3 镁碳砖的研究现状
近几年,对镁碳砖的研究不断深入,研究方向日趋广泛。主要研究方向有新型结合剂、低碳化、抗氧化剂与新添加剂等。
3.1 镁碳砖用结合剂的研究
镁碳砖发展的基础是结合剂技术。采用合成树脂作为结合剂生产镁碳砖是一个决定性的技术改革。目前,较为常用的结合剂是合成树脂和含碳结合剂。
合成树脂的优点是不需加热,在常温下便能与耐火材料颗粒很好地混合,炭化残留物为 50%～70%。酚醛树脂由苯酚和甲醛反应得到。依据反应条件,反应产物为酚醛清漆树脂或甲阶酚醛树脂。需要解决的一个问题是液体甲阶酚醛树脂的稳定性较差,另一问题是树脂炭化产物的均质性导致其易氧化,降低了其抗侵蚀性,对热机械应力比较敏感。
Rutgers Chemicals公司开发的 Carbores系列材料中苯并芘的含量很低 (约 300 mg·kg),并且炭化后形成类似石墨的各向异性结构。在含碳耐火材料生产中它是以煤焦油沥青制成的传统结合剂的最理想的代用品。由于其自身的特殊性能,Carbores P型酚油结合剂近年来在生产中得到日益广泛的应用。研究人员通过采用 Carbores P型酚油结合剂的镁碳质耐火材料在 40吨钢包渣线上进行的工业试验证明,该砖具有良好的物理性能和化学性能,其使用寿命比以焦油结合的镁碳砖高 18.4%。
3.2 镁碳砖低碳化的研究
传统镁碳砖存在以下几个问题:(1)由于高热导率增加热损耗,使出钢温度提高,带来能耗增加,同时加大了耐火材料的侵蚀等一系列问题;(2)作为特殊精炼炉的炉衬材料,会引起增碳问题;(3)消耗大量宝贵的石墨资源。所以低碳化研究已经是镁碳砖研究的重要方向。[13]
镁碳砖碳含量下降会造成抗热震性能和抗渣性能下降,为解决这一问题,主要从以下几个方面做了改进。一方面,通过对结合剂的改进提高低碳镁碳砖的性能。NAOFUM I K IDO[14]研究酚醛树脂与沥青改性酚醛树脂碳化后的结构后,开发出一种炭化后可以形成纤维状结构碳的复合结合剂。通过试验比较发现采用复合结合剂的低碳镁炭耐火材料的抗渣侵蚀性比镁白云石砖好。Takashi Y AMAMURA[15]利用新型结合剂开发的碳含量为 5%、10%、15%的镁碳砖具有较好的抗热震性。另一方面,通过对碳素原料研究提高低碳镁碳砖的性能。Hiroyuki Fuchimo[16]提出采用“三维结构石墨”和纳米碳纤维技术解决超低碳镁碳砖的热应力问题。
流媒体播放3.3 镁碳砖抗氧化剂的研究
碳的低润湿性使镁碳砖具有良好的抗渣性和抵御侵蚀的能力,但是碳在高温下易于氧化,碳氧化后镁碳砖结构被破坏,所以,抗氧化剂的加入会提高镁碳砖的抗侵蚀能力。
铝粉是常用的抗氧化剂,当形成Al4C时存在水化问题。即使是在室温水化也会导致体积膨胀和裂纹。Si是另一个最常使用的抗氧化剂。邹明[17]等研究了镁碳砖在接触 LF炉炉渣以后的抗氧化行为,发现镁碳砖中的抗氧化剂 Al和 Si优先于 C和空气中的O2和 CO2反映。抗氧
化剂与熔渣反应形成镁铝尖晶石和橄榄石均可有效的减弱、阻止镁碳砖的MgO、C的氧化,提高了镁碳砖抗精炼渣侵蚀的能力。熔渣中的铁氧化物与 C反应,形成脱碳层,促进了MgO向熔渣的溶解,但生成的MgO·Fe2O3尖晶石熔体,也能阻止熔渣的进一步渗透;另由于渣的碱性高,镁碳砖中不易进行MgO和 C的反应,使镁砂损蚀很小。
疑难件
3.4 新型添加剂的研究
随着对镁碳砖研究的深入,许多新型添加剂被应用到镁碳砖行业。华旭军、朱伯铨等[18]通过 TiCC复合粉体的加入提高低碳镁碳砖的抗热震性能。以锐钛矿、金属钛(Ti)和炭黑为原料,合成了 TiC—C复合粉体,并将该粉体加入到镁碳砖中进行研究,发现该粉体可以提高碳的氧化反应峰值温度,从而提高镁碳砖的抗氧化性。研究人员[19-22]以炭黑和硼为原料,采用自蔓延 (SHS)法合成了由 B4C及部分石墨化炭黑构成的具有纳米尺度的复合石墨化炭黑(Compound Graphitized Black)粉体,并将其作为抗氧化剂和碳源应用于低碳镁碳砖,取得了很好的效果。另有研究人员对 TiN提高镁碳砖抗渣机理进行了研究,发现反应层中 TiN的氧化产物 TiO2与渣中的CaO反应生成熔点 1970℃的CaTiO3;脱碳层中TiN氧化后形成的 TiO2与 C、CaO、MgO反应生成CaTiO3、2MgO·T iO2、TiC、Ti(C,N)固溶体等高熔点矿物相,增加了渣的粘度,减轻了渣的渗透,从而提高了镁碳砖的抗渣侵蚀性。
4 镁碳砖的层裂问题及解决方法
镁碳砖在生产过程中易产生层裂、韧性差。镁碳砖产品层裂从使用角度看,由于层裂原因产生的层裂缝隙会使钢水沿缝隙渗透,导致产品侵蚀加快,影响产品使用寿命。从生产角度看,它直接影响产品合格率,提高了生产成本和生产一线工人的劳动强度,使企业造成很大损失。产品层裂也是用户严格要求不准出现的指标之一。由于产生层裂的原因较多,而且对镁碳砖工艺问题的研究较少,使这一问题一直没有得到解决。
4.1 镁碳砖层裂产生的主要原因
压制成型时粉料中的空气没有及时正常排除而聚集在坯体中某一部位,当压型压力撤除后,坯体中气体膨胀,如果膨胀力大于颗粒之间的结合力,砖坯局部断面上便形成层裂。主要原因有粉料容重小、粉料颗粒组成不合理、粉料水份过大或过小、模具结构和模具加工精度不满足要求、压制方法不适当、压机难控制、配方及原料性质不满足工艺条件等。
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