鎂碳磚是以MgO和石墨為主要成分構(gòu)成的氧化物—非氧化物復(fù)合耐火材料。MgO是熔點(diǎn)高達(dá)2800℃，化學(xué)性能穩(wěn)定的氧化物。但是，MgO作為耐火材料原料的缺點(diǎn)是易于被熔渣潤(rùn)濕和熱膨脹率高。因此，鎂磚的問(wèn)題是基于熔渣浸透發(fā)生結(jié)構(gòu)剝落和抗熱震性差。石墨與MgO相比，對(duì)熔渣化學(xué)性能穩(wěn)定且具有高熱傳導(dǎo)性和低熱膨脹性的特點(diǎn)。其缺點(diǎn)是被氣氛中的氧化性氣體和熔渣中鐵氧科：物引起氧化或者易熔于鋼水中。用具有這些性質(zhì)的MgO和石墨復(fù)合化而開(kāi)發(fā)的鎂碳磚的氧化，這一新的重要損毀因素是原來(lái)鎂磚所沒(méi)有的，但其耐蝕性和耐剝落性卻大幅度地得到提高。
鎂碳磚的實(shí)際應(yīng)用始于1970年，是在電爐熱點(diǎn)部位使用的高碳含量的鎂碳磚。像鎂碳磚、鋁碳磚和ZrO2-C質(zhì)等耐火材料那樣，含有鱗片狀石墨的耐火材料已經(jīng)占據(jù)了定形耐火材料的市場(chǎng)。在鋼鐵冶煉條件下，雖然還存在許多氧分壓比較低的作業(yè)情況，但含碳耐火材料能夠普及的理由卻是它具有吸收高溫下因高強(qiáng)度、熱膨張或者急劇的熱變化所產(chǎn)生的應(yīng)力，防止熔融金屬或者爐渣浸潤(rùn)等優(yōu)點(diǎn)的耐火材料所要求的基本特性的緣故。
由此可見(jiàn)，MgO和碳作為耐火材料基本上既有優(yōu)良特性，又有缺點(diǎn)。通過(guò)兩者復(fù)合化，可互相補(bǔ)充，具有優(yōu)良的綜合性能。
鎂碳磚的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用充分表明，長(zhǎng)期以來(lái)在氧化物領(lǐng)域得不到解決的問(wèn)題，而用非氧化物復(fù)合氧化物耐火材料便一舉解決了。
雖然碳與MgO等氧化物復(fù)合時(shí)，既可防止熔渣浸透，又具有耐蝕性。但是，關(guān)于顆粒間結(jié)合也與過(guò)去的想法不同，抑制或隔開(kāi)顆粒間結(jié)合反而能降低彈性率，具有抗熱震性。
現(xiàn)在的鎂碳磚在制造時(shí)其粒度構(gòu)成卻是以原來(lái)的鎂磚作為基本型的，因而在制造時(shí)明顯地受到傳統(tǒng)鎂磚制造工藝的制約。
現(xiàn)行鎂碳磚的典型顯微結(jié)構(gòu)表朋，骨料顆粒為鎂砂，基質(zhì)則為鎂砂細(xì)粉+石墨混合料組成。高耐用性的全碳基質(zhì)鎂碳磚的典型顯微結(jié)構(gòu)表明，其粒度組成的特點(diǎn)是：骨料顆粒為鎂砂，而基質(zhì)完全由石墨構(gòu)成(沒(méi)有鎂砂細(xì)粉)。使用結(jié)果表明，全碳基質(zhì)MgO‘C磚具有更高的耐用性。這就提示出，對(duì)于鎂碳磚來(lái)說(shuō)，其粒度構(gòu)成本身并不十分重要。而鎂砂、石墨的比例和鎂砂顆粒的臨界尺寸則是決定鎂碳磚性能的關(guān)鍵。
現(xiàn)在已經(jīng)了解到，鎂碳磚最主要的蝕損機(jī)理如下：
(1)由于爐渣和爐內(nèi)氣氛的作用使碳氧化；
(2)爐渣侵入磚的基質(zhì)中，使鎂砂顆粒被熔蝕掉；
(3)爐渣侵入到顆粒內(nèi)，導(dǎo)致其解體，氧化鎂晶粒溶出；
(4)氧化鎂在爐渣中的化學(xué)溶解；
(5)受沖擊、侵蝕或熱機(jī)械應(yīng)力而導(dǎo)致的損毀。
通常，煉鋼爐中的爐襯在特定的局部區(qū)域所受到的蝕損因素的綜合作用會(huì)導(dǎo)致這些部位的超前損毀而成為停爐的原因。因此，控制局部蝕損以最終能經(jīng)得起這些使用條件是提高爐子使用壽命的根本措施。
此外，對(duì)于抗熱震、抗侵蝕以及抗磚／鋼水和堿性渣引起侵蝕的鎂碳磚來(lái)說(shuō)，其抗熱震性是由以下因素造成的：
(1)與其他的耐火材料相比，具有熱導(dǎo)率高和熱容高的特點(diǎn)．因而使鎂碳磚能迅速吸收大量熱能。
(2)在鱗片狀石墨內(nèi)層片之間存在著小的孔隙，它們?cè)趹?yīng)力的作用下能反復(fù)開(kāi)閉，起到了減緩熱應(yīng)力的作用。
因此，鎂碳磚在使用過(guò)程中，通常不會(huì)產(chǎn)生剝落損毀。只有在下述情況下才會(huì)導(dǎo)致其斷裂。
(1)碳含量少于5％；
(2)突然加熱，其升溫速度超過(guò)鎂碳磚所能承受的限度；
(3)停爐一段時(shí)間后重新啟動(dòng)時(shí)升溫速度過(guò)快。例如，我們?cè)?jīng)觀察到，寶鋼300t大型轉(zhuǎn)爐在停止一段時(shí)間之后重新啟動(dòng)時(shí)，耳軸部位發(fā)生過(guò)鎂碳磚大面積剝落的情況。
在(1)的情況下，雖然碳含量低于5％的；鎂碳磚的強(qiáng)度較其他鎂碳磚為高，但經(jīng)過(guò)碳化處理后的殘余強(qiáng)度卻比后者低，較低的殘余強(qiáng)度意味著較低的抗熱震性。
在(2)的情況下，由于結(jié)合荊是在超過(guò)其正常碳化溫度下碳化，鎂碳磚的表面熱膨脹將導(dǎo)致其表層處于應(yīng)力的作用下，而后面的層帶則處于張力的作用下。如果抗拉強(qiáng)度比施加的熱應(yīng)力低時(shí)，張力層將會(huì)發(fā)生斷裂。
在(3)的情況下，由于碳化處理使鎂碳磚的氣孔率大大增加，從而降低了它們的熱傳導(dǎo)率和強(qiáng)度。這將提高碳化處理過(guò)的鎂碳磚對(duì)熱震破壞的靈敏度，熱震靈敏度與熱震引起材料中的裂紋有關(guān)。而裂紋在材料中的擴(kuò)展是由斷裂功來(lái)計(jì)量的，但斷裂功與強(qiáng)度有關(guān)。
經(jīng)過(guò)碳化處理的鎂碳磚比未處理的鎂碳磚發(fā)生斷裂的可能性更大，其原因?yàn)椋?/div>
(1)未經(jīng)碳化處理的鎂碳磚的強(qiáng)度較高，較之不易開(kāi)裂；
(2)未經(jīng)碳化處理的鎂碳磚，由于吸熱而導(dǎo)致結(jié)合劑碳化，從而減輕了熱震強(qiáng)度。作為結(jié)合劑的瀝青或者樹(shù)脂首先被加熱時(shí)，含碳物質(zhì)分解，隨著揮發(fā)物的揮發(fā)，產(chǎn)生了碳化碳。也就是在鎂碳磚表面快速加熱時(shí)，使鄰近表面處的結(jié)合劑迅速碳化，由于碳化反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，因此，熱震強(qiáng)度則由于結(jié)合劑的吸熱而有效地降低了。
以上述討論為依據(jù)，可以進(jìn)行鎂碳磚的材質(zhì)設(shè)計(jì)。
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