第一次使用氧化物和碳的復(fù)合耐火材料是在15世紀(jì)初所制造的碳一氧化物坩堝。煉鋼工業(yè)使用碳一氧化物復(fù)合耐火材料的例子則是很早作為鑄錠用耐火材料的石墨塞頭磚。后來,隨著連鑄的推廣應(yīng)用,廣泛使用的滑板、水口磚、浸入式水口磚等也都是由氧化物(主要是Al2O3)和碳復(fù)合起來的耐火材料。轉(zhuǎn)爐煉鋼的初期,采用不燒成的焦油/瀝青結(jié)合的自云石磚則是在100年以前就已開發(fā)出來的含碳耐火材料。但這種耐火材料由于耐用性有限度,以及為了提高耐磨性和抗氧化性而逐步向燒成磚過渡,即使用了焦油/瀝青浸漬的燒成磚??梢哉f,這種轉(zhuǎn)爐襯磚是一種剛好含有足夠的碳充填氣孔結(jié)構(gòu)的鎂磚或者鎂白云石磚。由于這些耐火材料中焦油/瀝青在使用時發(fā)生了碳化作用(磚中殘?zhí)剂考s為%),對于提高轉(zhuǎn)爐工作襯用MgO—CaO系列耐火材料的使用性能發(fā)揮了重要的作用。所有這些含碳耐火材料,實際上都是我們今天煉鋼爐上采用的MgO—C磚和MgO—CaO—C磚的前驅(qū)。
為了提高焦油/瀝青結(jié)合耐火材料中的殘?zhí)剂?/SPAN>(達(dá)到約5%C),一些國家曾經(jīng)采用添加炭黑的辦法,以增加耐火材料中的固定炭。不過,碳含量超過5%時,碳就不只是充填氣孔結(jié)構(gòu)而是一種對耐火材料的許多性能起到主導(dǎo)作用的組分。所以,當(dāng)含碳耐火材料中配入8%—10%以上的多量碳時,則稱之為氧化物一系復(fù)合耐火材料,其中MgO—C磚則是日本首先開發(fā)的耐火產(chǎn)品。
日本當(dāng)時研制MgO-C磚是作為電爐應(yīng)用而開發(fā)的,于年在電爐上開始了實用性試驗,通過六年的試驗研究工作之后被正式推廣應(yīng)用。過了兩年,他們又將MgO—C磚應(yīng)用到盛鋼桶和鐵爐,其轉(zhuǎn)爐爐底及風(fēng)口選用樹脂結(jié)合不燒成的MgO—C(石墨)系耐火材料,取得了巨大成功,從而開創(chuàng)了含石墨的復(fù)合耐火材料在轉(zhuǎn)爐上應(yīng)用的先例。
在日本人研究使用合成樹脂結(jié)合的MgO—C磚之后,西歐則開發(fā)r瀝青結(jié)臺的MgO—C磚,其殘?zhí)剂考s為10%。這一研究則是基于傳統(tǒng)的瀝青結(jié)合對耐火材料很可靠。由于價格低于合成樹脂結(jié)合的MgO—C磚,所以這些瀝青結(jié)合的MgO—C磚被成功地用于水冷電爐中的高溫?zé)狳c以外的部位,同時也用于轉(zhuǎn)爐。
MgO—C磚在結(jié)合方式、碳含量和碳的類型上都不同于常用的含碳耐火材料。最早的MgO—C磚碳含量將近8%,現(xiàn)在已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這一數(shù)量。通常,MgO—C磚主要是在鎂砂和鱗片狀石墨中作為結(jié)合劑添加了熱硬化性樹脂,加入或不加入防氧化劑的不燒磚。它是依據(jù)碳具有熔點非常高,難于被鋼水和鋼渣濕潤;熱傳導(dǎo)率高,難于受熱沖擊而產(chǎn)生裂紋以及還可以還原Fe2O3和SiO2等外來物的優(yōu)點。雖然具有容易被氧化的缺點,但通過碳與MgO復(fù)合可使碳的氧化得到抑制,同時也克服了鎂砂(MgO)的缺點——由于熱沖擊而產(chǎn)生裂紋,由于外來物成分的侵入而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)剝落,所制造的具有C和MgO各自優(yōu)點并克服了二者的缺點的MgO和復(fù)合的耐火材料,從而發(fā)揮出優(yōu)良性能。也就是說,MgO~C磚完全克服了過去堿性耐火材料的缺點,即爐渣侵蝕和發(fā)生裂紋的致命問題。
由于MgO-C系耐火材料100%地利用了天然石墨(鱗片)、難于與熔渣潤濕、熱導(dǎo)率高以及應(yīng)力緩和能力大等特性,最大限度地發(fā)揮了MgO的高耐蝕性能,因而這類耐火材料是劃時代的耐火材料。
MgO—C磚發(fā)展的基礎(chǔ)是結(jié)合劑技術(shù)。從探討與碳的親和性、粘性、強(qiáng)度、殘?zhí)剂康确矫婵矗蟹珠_使用或同時使用了酚醛樹脂的。對于MgO—C磚來說,第一個決定性的技術(shù)步驟是石墨用于MgO—C磚的生產(chǎn)中,第二個決定性的技術(shù)步驟則是采用合成樹脂作為牛產(chǎn)MgO—C系復(fù)合耐火材料的結(jié)合劑,從而在技術(shù)上能夠生產(chǎn)出碳含量大大增加(多于20%的c)的MgO—C磚。這是Mgo—C磚能迅速發(fā)展的一個重要前提。
80年代初期,在煉鋼爐上使用的MgO—C磚不含防氧化劑,稱為第一代產(chǎn)品。第二代產(chǎn)品含有防氧化劑,研究第二代產(chǎn)品的目的在于保護(hù)碳盡可能長時間不被燒掉,以及阻滯MgO和C的高溫反應(yīng)。
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