镁碳砖现状、存在问题及未来的研究方向
发布日期： 2020-03-23 17:30:26 阅读量（520） 作者：张红近几年，由于镁碳砖的使用范围和使用量越来越大，推动了对镁碳砖的更深入研究，研究范围和方向也越来越广泛。现阶段的研究方向主要有开发新型结合剂、抗氧化剂和添加剂等，而且各个方面都取得了不小的成果。
(1)结合剂技术的研究。
用酚醛树脂做结合剂生产镁碳砖是镁碳砖结合剂发展的一次重大跨越。酚醛树脂常温下即可使用，粘度高，粘接力强，能够很好的将镁碳砖所用原料结合在一起。高温炭化后，低熔物杂质少，残炭量在50%左右。现阶段对耐火材料用酚醛树脂的研究主要在对树脂进行改性上，一方面趋向于改善树脂残炭的结构和性能。另一方面趋向于合成新型的网络互穿的高性能酚醛树脂，改善树脂本身结构，使其固化后，能形成更加复杂的网络结构，从而提高镁碳砖强度，同时降低酚醛树脂的生产成本;
(2)抗氧化剂的研究。
石墨不溶于水、不溶于稀酸稀碱、有机溶剂和高温炉渣，所以石墨抗渣性能力非常强，但石墨高温下很容易被氧化，石墨被氧化后，产品结构损坏，各项性能明显下降，所以为了防止石墨被氧化就必须适当加入抗氧化剂，加入抗氧化剂后，镁碳砖在现场使用的时候抗侵蚀能力明显提高。常用的抗氧化剂有金属硅粉、金属铝粉。邹明等人用LF炉渣做实验，来测定各种抗氧化剂在镁碳砖中的抗氧化情况。发现镁碳砖中的抗氧化剂金属铝粉和金属硅粉都优先于石墨和空气中的氧气和二氧化碳反应。抗氧化剂被氧化后的产物产生体积膨胀堵塞气孔，能有效保护镁碳砖中的石墨进一步被氧化，提高镁碳砖的抗渣能力。SiC和B4C也是优良的镁碳砖的抗氧化剂。叶小叶研究了各种抗氧化剂如Al、Si、SiC和B4C等在1300℃和1500℃下的抗氧化能力，发现在这两种温度下B4C抗氧化效果最好。B4C反应后产生的硼酸镁复合物在1360℃以上后会变成液态，液态的硼酸镁复合物填充开口气孔，对镁碳砖的抗氧化性有积极作用;
(3)新型添加剂的研究。
为了不断的提高镁碳砖各项性能，科研人员不断在寻找新型添加剂，华旭军、朱伯铨等在低碳镁碳砖中加入TiC-C复合粉体用来提高低碳镁碳砖抗热震稳定性。徐娜，李志坚等人对镁碳砖中加入TiN进行了抗渣性研究，发现渣蚀层中生成高熔点的CaTiO3，增加了渣的粘度，降低了渣的渗透，脱碳层中有CaTiO3、2MgO·TiO2、TiC、Ti(C，N)固溶体等高熔点矿物相，这些对镁碳砖的抗渣性都有积极作用。
自镁碳砖出现后，以其各项优异性能，很快的取代了各类炼钢炉上的炉衬材料，从而被广泛使用。随着冶炼技术不断的更新，对耐火材料的要求越来越苛刻。低碳镁碳砖开始被越来越多的企业采用，同时在含碳耐火材料中引入三氧化二铝来提高含碳制品的特殊性能。传统的镁碳砖碳含量在10%wt～20%wt，在长期的使用过程中，越来越多的企业发现有以下几方面的问题：
(1)镁碳砖热导率高热量损失快，这样就必须提高出钢温度，导致能耗大，出钢温度高又增加了对耐火材料的侵蚀;
(2)在冶炼超低碳钢、高品质洁净钢等特殊钢种的时候，由于镁碳砖材料本身的问题，会引起钢水增碳。
(3)消耗大量宝贵的石墨资源。
为了解决以上这些问题，近几年开始研究性能优异，碳含量低的镁碳砖来替代普通镁碳砖用在精炼钢包上。这方面的研究工作越来越受到国内外业界的重视。已经取得了突破性的成果。
镁碳砖低碳化后引起的主要问题是热震稳定性和抗渣渗透性下降。当碳含量降低到一定范围后会引起一系列的连锁问题，碳含量过低后，镁碳砖内部无法形成连续碳网，这样就导致镁碳砖的热导率下降，弹性模量增大，镁碳砖的抗热震稳定性变差。碳含量过低后的另一个问题就是增强了镁碳砖与钢水和钢渣的润湿性。由于石墨含量降低，镁碳砖抵抗钢水和钢渣浸润能力变差，这样导致抗钢水和熔渣的渗透性变差，使镁碳砖在使用的时候损耗加快。
通过研究发现，解决这些问题主要通过以下几方面：
(1)通过改善结合剂的性能，改变结合剂残炭结构来提高镁碳砖的热震稳定性。酚醛树脂是现在广泛使用的结合剂，目前使用的酚醛树脂炭化后残炭的结构为玻璃态，所以镁碳砖炭化后韧性差，弹性模量高，表现为脆性，高温强度低，热震稳定性差。在结合剂中入能石墨化的炭素前躯体，当这种复合结合剂在炭化的时候能形成次生炭或纳米炭纤维，在这种改善后的炭结构的作用下能够增强低碳镁碳砖的热震稳定性和高温强度;
(2)优化基质结构。经研究发现镁碳砖的热震稳定性及抗渣渗透性主要取决于基质的组成与结构，在镁碳砖低碳化后为了改善其热震稳定性，提高骨料和碳粒子之间的接触概率是重要措施之一，即将碳粒子细化，并将其高度分散。其次通过调整配料的粒度大小组成，控制气孔形状尺寸和分布，也能改善低碳镁碳砖热震稳定性及抗渣渗透性。
(3)采用高效抗氧化剂。随着镁碳砖的低碳化，对碳的氧化保护更加重要，镁碳耐火材料在使用过程中的损毁主要有两方面原因，一是材料中的碳被炉渣中的氧化物氧化，导致氧化镁颗粒直接和炉渣反应生成低熔点相而流失;二是炉渣直接渗透进入耐火材料内部，导致耐火材料损毁，因此选择合适的高效抗氧化剂十分重要，目前研究人员在组合抗氧化剂方面做了很多的研究工作，取得了一定成果。
最近这几年，国内钢铁行业节能减排，提高资源利用率已成趋势，很多企业实现深加工，开始生产洁净钢。碳复合耐火材料不仅要长寿，还得满足新的冶炼要求，未来的发展方向将涉及到以下几方面：
(1)在含碳材料中引入纳米碳源，提高碳在材料中的分散度，使产品在低碳环境下也能形成碳网;在含碳材料中引入复合碳源，增加产品抗渣性和抗裂纹扩展性;
(2)研究抗氧化剂和碳源之间相互存在的方式，增强产品的抗氧化性;
(3)研究新型的高强环保结合剂，改善结合剂残碳的结构，增强残碳的抗氧化性。
(4)通过调整含碳材料的物理化学组成，控制原位陶瓷相形成与形貌等方法增加材料的韧性和抗热震稳定性。
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