按照冷混合工藝用合成焦油結合劑制造的傳統在焦油受損過程中發生硬化并獲得必要的強度,鋁鎂碳磚因此便形成了各向同性的玻璃狀碳。此種碳未顯現出熱塑性,鎂碳磚供應商在(zai)內襯烘(hong)烤或操作使用(yong)過(guo)程中該(gai)熱塑性(xing)能(neng)適時(shi)地消(xiao)除大量的(de)應力。用(yong)瀝(li)青(qing)結合劑生產的(de)鎂碳磚,由于在(zai)瀝(li)青(qing)碳化過(guo)程中形成各向(xiang)異(yi)性(xing)的(de)石墨化焦炭結構,該(gai)磚具有較高的(de)高溫塑性(xing)
MgO–C磚的主要原料包括電熔鎂(mei)砂(sha)或燒結鎂(mei)砂(sha)、鱗(lin)片狀(zhuang)石墨、有機結合劑以及抗氧化劑。
鎂(mei)(mei)(mei)砂是(shi)(shi)生(sheng)產MgO–C磚的(de)主要(yao)原(yuan)(yuan)料,有電(dian)熔(rong)鎂(mei)(mei)(mei)砂和(he)燒(shao)結(jie)(jie)鎂(mei)(mei)(mei)砂之分(fen)。電(dian)熔(rong)鎂(mei)(mei)(mei)砂與燒(shao)結(jie)(jie)鎂(mei)(mei)(mei)砂相(xiang)比具有方鎂(mei)(mei)(mei)石結(jie)(jie)晶粒粗大、顆粒體積(ji)密度大等(deng)優(you)點,是(shi)(shi)生(sheng)產鎂(mei)(mei)(mei)碳磚中(zhong)主要(yao)選用(yong)的(de)原(yuan)(yuan)料。生(sheng)產普通鎂(mei)(mei)(mei)質耐火材料,對(dui)鎂(mei)(mei)(mei)砂原(yuan)(yuan)料要(yao)求主要(yao)具有高溫強(qiang)度和(he)耐侵蝕性能(neng),因此注(zhu)重鎂(mei)(mei)(mei)砂的(de)純(chun)度及化學成(cheng)分(fen)中(zhong)的(de)C/S比和(he)B2O3含量。隨著冶金工業的(de)發展,冶煉(lian)條件日益(yi)苛(ke)刻,在(zai)冶金設備(轉爐(lu)、電(dian)爐(lu)、鋼(gang)包等(deng))上應用(yong)的(de)MgO–C磚所(suo)用(yong)的(de)鎂(mei)(mei)(mei)砂,除了化學成(cheng)分(fen)外,在(zai)組織結(jie)(jie)構方面,還要(yao)求高密度和(he)大結(jie)(jie)晶。
不(bu)論是在(zai)傳統的(de)(de)(de)MgO-C磚還是在(zai)目前(qian)大量(liang)使(shi)(shi)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)低(di)碳MgO-C磚,主(zhu)(zhu)要(yao)利(li)用(yong)(yong)鱗(lin)片狀石墨作(zuo)為其碳源。石墨作(zuo)為生產MgO-C磚的(de)(de)(de)主(zhu)(zhu)要(yao)原料,主(zhu)(zhu)要(yao)得益于其優(you)良的(de)(de)(de)物理性能:①對爐(lu)渣的(de)(de)(de)不(bu)濕潤(run)性。②高的(de)(de)(de)導熱性。③低(di)的(de)(de)(de)熱膨脹性。此外,石墨與耐(nai)火材料在(zai)高溫下不(bu)發(fa)生共熔,耐(nai)火度高。石墨的(de)(de)(de)純度對MgO-C磚的(de)(de)(de)使(shi)(shi)用(yong)(yong)性能影響較大,一般要(yao)使(shi)(shi)用(yong)(yong)碳含量(liang)大于95%,是大于98%的(de)(de)(de)石墨。
除(chu)石(shi)墨外,炭黑也普遍用于鎂碳(tan)(tan)磚的生產。炭黑是由烴類碳(tan)(tan)氫化合物的熱分(fen)(fen)解或不完全(quan)燃燒(shao)制得的具有(you)高度(du)分(fen)(fen)散的黑色(se)粉(fen)末狀碳(tan)(tan)質物料(liao),炭黑顆粒細小(小于1μm),比表面積(ji)大(da),碳(tan)(tan)的質量(liang)分(fen)(fen)數為90~99%,純度(du)高,粉(fen)末電阻率(lv)大(da),熱穩定性高,熱導率(lv)較(jiao)低,屬難石(shi)墨化碳(tan)(tan)。炭黑的加入可有(you)效改善(shan)MgO-C磚的抗剝落性,增(zeng)加殘碳(tan)(tan)量(liang),并(bing)提(ti)高磚的密(mi)度(du)。
生(sheng)產MgO-C磚常用的結(jie)合劑有(you)煤焦油,煤瀝青和石(shi)油瀝青,以及(ji)特(te)殊碳(tan)質樹(shu)脂(zhi),多元(yuan)醇,瀝青變性酚醛樹(shu)脂(zhi),合成樹(shu)脂(zhi)等。目前所用到的結(jie)合劑有(you)以下幾種類型:
1)瀝青(qing)(qing)類物質。焦油(you)瀝青(qing)(qing)是(shi)一種(zhong)熱塑性材料,具有與石墨(mo)、氧(yang)化(hua)鎂親和力大,炭化(hua)后殘碳率高,成(cheng)本低(di)的特(te)點(dian),過(guo)去曾大量使用;但是(shi)焦油(you)瀝青(qing)(qing)中含有致(zhi)癌的芳香烴,尤其是(shi)苯并茁(zhuo)含量高;由于環境意識的加強,現在(zai)焦油(you)瀝青(qing)(qing)的使用量在(zai)減少(shao)。
2)樹脂類(lei)物質。合(he)成樹脂是(shi)由苯酚和(he)甲醛(quan)反應制得(de),在(zai)常溫下便能和(he)耐火材(cai)料顆粒很好(hao)的混合(he),炭化(hua)后殘碳(tan)率高(gao),是(shi)當前(qian)生產MgO-C磚用主(zhu)要結合(he)劑;但它(ta)炭化(hua)后形成的玻璃態(tai)網(wang)絡結構,對耐火材(cai)料的抗熱震性和(he)抗氧化(hua)性都(dou)不理想。
3)在瀝青和樹脂的基(ji)礎上,經過改(gai)性(xing)得到的物(wu)質(zhi)。如果結(jie)合劑炭化后能形(xing)(xing)成鑲嵌結(jie)構和原位形(xing)(xing)成碳纖維物(wu)質(zhi),那么這種結(jie)合劑將改(gai)善耐火材料(liao)的高(gao)溫性(xing)能。
為了提高MgO-C磚的抗氧(yang)(yang)化性,常加(jia)(jia)(jia)入少量的添(tian)(tian)加(jia)(jia)(jia)劑(ji)(ji)(ji),常見的添(tian)(tian)加(jia)(jia)(jia)劑(ji)(ji)(ji)有Si、Al、Mg、Al-Si,Al-Mg,Al-Mg-Ca,Si-Mg-Ca、SiC、B4C、BN和最(zui)近(jin)報導的Al-B-C和Al-SiC-C系等添(tian)(tian)加(jia)(jia)(jia)劑(ji)(ji)(ji)[5–7]。 添(tian)(tian)加(jia)(jia)(jia)劑(ji)(ji)(ji)的作(zuo)用(yong)原理(li)大致可分為兩個方面:一方面是從熱力(li)學(xue)觀點(dian)出發,即在工作(zuo)溫度(du)下,添(tian)(tian)加(jia)(jia)(jia)物(wu)(wu)(wu)或者添(tian)(tian)加(jia)(jia)(jia)物(wu)(wu)(wu)和碳(tan)(tan)反(fan)應生(sheng)成(cheng)其(qi)他物(wu)(wu)(wu)質,它們(men)與氧(yang)(yang)的親(qin)和力(li)比碳(tan)(tan)與氧(yang)(yang)的親(qin)和力(li)大,優先于碳(tan)(tan)被(bei)氧(yang)(yang)化從而起到保護碳(tan)(tan)的作(zuo)用(yong);另一方面,即從動力(li)學(xue)的角(jiao)度(du)來考(kao)慮添(tian)(tian)加(jia)(jia)(jia)劑(ji)(ji)(ji)與O2,CO或者碳(tan)(tan)反(fan)應生(sheng)成(cheng)的化合物(wu)(wu)(wu)改變碳(tan)(tan)復合耐火材(cai)料的顯微結構,如增加(jia)(jia)(jia)致密度(du),堵(du)塞氣孔,阻(zu)礙氧(yang)(yang)及反(fan)應產物(wu)(wu)(wu)的擴散等。