第5章 氧化物-碳复合耐火材料-2MgO-C质,MgO-CaO-C质和Al2O3-C质解析
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复吹转炉炼钢
炉 外 精 炼
铁水预处理
连铸
1
8/4/2018
问题七、生产镁碳砖的主要原料有哪些?
8/4Hale Waihona Puke Baidu2018
2
(2) 原料对MgO-C质耐火材料性能的影响
生产MgO-C质耐火材料的原料有：镁砂、石墨、 结合剂和添加剂。原料的质量直接影响MgO-C砖的性 能和使用效果。 （I）镁砂 镁砂是生产MgO-C质耐火材料的主要原料，镁砂 质量的优劣对MgO-C质耐火材料的性能有着极为重要 的影响，如何合理地选择镁砂是生产MgO-C质耐火材 料的关键。 镁砂有电熔镁砂和烧结镁砂，它们具有不同的特 点。
8/4/2018
11
碳素结合剂的残碳率（800℃）
沥青
中温沥青 （88℃） 高温沥青 （138℃） 改性沥青 （114℃）
残碳率/%
50.10
酚醛树脂
热塑性树脂
残碳率/%
46.70
56.57
52.03
热固性树脂
沥青改性树脂
46.60
29.90
沥青虽有一定污染，但仍作为碳复合耐火材料的 结合剂之一，是因为其残碳量高、价格便宜、使用可 靠。同时沥青碳化后得到的碳的结晶状况、真密度和 抗氧化能力都比树脂碳好。
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树脂
酚醛树脂是碳复合耐火材料最常用的结合剂。 酚醛树脂是由酚类化合物（如苯酚、甲酚、二甲酚、 间苯二酚、叔丁酚、双酚A等）与醛类化合物（如甲醛、 乙醛、多聚甲醛、糠醛等）在碱性或酸性催化剂作用下， 经加成缩聚反应制得的树脂统称为酚醛树脂。
OH
O H C
苯酚
H
甲醛
（phenol） （formaldehyde） 苯酚与甲醛的结构式
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方镁石的晶粒尺寸和体积密度决定着MgO同熔渣反应 的比表面积，从而影响其蚀损程度。 方镁石的晶粒尺寸越大，则方镁石的比表面越小，熔 渣与方镁石反应的面积越小，因而抗渣能力越强。 方镁石直接结合程度越大，则晶界越少，晶界面积亦 小，因而熔渣向晶界处渗透越难。 一般情况下，电熔镁砂的抗侵蚀性比烧结镁砂好。其 原因就在于电熔镁砂的晶粒尺寸大、晶粒间的直接结合程 度比烧结砂要大。 因此，要生产高质量的MgO-C砖，须选择高纯镁砂 （MgO ≥ 97％），C/S ≥2,CaO+SiO2量低，体积密度≥ 3.34g/cm3,结晶发育良好，气孔率≤3%,最好小于1%。
<2> 杂质的种类特别是C/S和B2O3含量; <3> 镁砂的体密,气孔孔径,气孔形状等（烧结性）。
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4
镁砂中的杂质主要有以下几个方面的不利影响： ①降低方镁石的直接结合程度； ②高温下与MgO形成低熔物； ③Fe2O3、SiO2等杂质在1500~1800℃时，先 于MgO与C反应，留下气孔使制品的抗渣性变差。 除了杂质的总量以外，杂质的种类及相对含量 对镁砂的性能也有重大影响。其中的C/S比和B2O3 含量的影响最为明显。
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酚醛树脂的分类
按其加热性状和结构形态分：
热塑性 热固性 水溶性 醇溶性 块状 粒状 粉末状
按产品的形态分：
液态酚醛树脂
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(II)石墨 石墨的质量指标如固定碳含量（fixed carbon）,粒 度、灰分组成（ash）,形状及挥发份（volatile content）、 水分等影响着MgO-C砖的性能和使用效果。 固定碳是指石墨中除去挥发分、灰分以外的组成部 分，挥发分是由低熔点物质组成的有机及无机物。 石墨按固定碳含量的高低可分为: 低纯石墨：（F.C：94~95%)； 高纯石墨（F.C：95~98%）； 超高纯石墨（F.C＞98％）。
8/4/2018
哪些结合剂能满足上述要求？
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生产MgO-C质耐火材料的结合剂种类： 煤沥青、煤焦油、特殊碳质树脂、多元醇、沥青 变性酚醛树脂、合成酚醛树脂、糠醛树脂等。
煤沥青
固体树脂
8/4/2018
液体树脂
10
沥青 沥青(Pitch)是煤焦油或石油经蒸馏处理或催 化裂化提取沸点不同的各种馏分后的残留物。 煤焦油沥青(煤沥青)、石油沥青。煤沥青芳香烃含量 比石油沥青多，耐火材料常用煤焦油沥青作为结合剂。煤 焦油沥青在常温下是固体，无严格的固定熔化温度，常用 软化点来表示其由固态转变为液态时的温度。 按软化点(环球法测定)的不同可分为低温沥青(软沥青， 软化点<60℃)、中温沥青(中沥青，软化点60~80℃)和高 温沥青(硬沥青，软化点90~140℃)等，在耐火材料领域， 中温沥青应用最多，其次是高温沥青。
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（III）结合剂 结合剂起着连结基质和颗粒的作用。 生产和使用过程中，基质和结合剂是耐火材料的两个 薄弱环节。
耐火材料厂常用哪些结合剂？
生产MgO-C质耐火材料对结合剂的要求： 1、对石墨和镁砂有良好的润湿性，粘度及流动性。 2、热处理时能缩合，确保制品具有足够的强度；同 时不使制品产生过大的膨胀与收缩。 3、固定碳含量要高，焦化处理后的碳素聚合体有良 好的高温强度。 4、污染小或无污染。
一般要求镁砂原料的C/S比为多少？为什 么？
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镁砂中的SiO2含量低，可减少MgO与C的高温反 应；C/S比高的镁砂，在高温下与石墨共存的稳定性 好，C/S比越高，方镁石直接结合程度亦高。 镁砂的烧结性越好,其体密越高，封闭气孔越少， 则镁砂向熔渣中溶解的溶解度越小。 镁砂熔损的重要过程之一是熔渣侵蚀方镁石晶界 内,促使MgO与熔渣反应。当熔渣和存在于方镁石晶 界中的SiO2和CaO等杂质反应之后，方镁石晶体不断 向熔渣中分离。 体积密度高的镁砂可以减少熔渣的侵入，从而提 高了MgO-C砖的耐蚀能力。所以生产MgO-C的镁砂 一般要求体积密度≥3.34 g/cm3, 最好大于3.45g/cm3。
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生产MgO-C质耐火材料与普通镁质耐火材料 对镁砂原料要求的区别。
生产普通镁质耐火材料，对镁砂原料要求主要具有 高温强度和耐侵蚀性能。因此注重镁砂的纯度及化学 成分中的C/S比和B2O3含量。 对于MgO-C砖所用的镁砂，除了化学成分外，在 组织结构方面，还要求高密度和大结晶。因此生产 MgO-C质耐火材料用的镁砂质量应包括下列内容： <1> MgO含量（纯度）；
炉 外 精 炼
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问题七、生产镁碳砖的主要原料有哪些?
8/4Hale Waihona Puke Baidu2018
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(2) 原料对MgO-C质耐火材料性能的影响
生产MgO-C质耐火材料的原料有：镁砂、石墨、 结合剂和添加剂。原料的质量直接影响MgO-C砖的性 能和使用效果。 （I）镁砂 镁砂是生产MgO-C质耐火材料的主要原料，镁砂 质量的优劣对MgO-C质耐火材料的性能有着极为重要 的影响，如何合理地选择镁砂是生产MgO-C质耐火材 料的关键。 镁砂有电熔镁砂和烧结镁砂，它们具有不同的特 点。
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碳素结合剂的残碳率（800℃）
沥青
中温沥青 （88℃） 高温沥青 （138℃） 改性沥青 （114℃）
残碳率/%
50.10
酚醛树脂
热塑性树脂
残碳率/%
46.70
56.57
52.03
热固性树脂
沥青改性树脂
46.60
29.90
沥青虽有一定污染，但仍作为碳复合耐火材料的 结合剂之一，是因为其残碳量高、价格便宜、使用可 靠。同时沥青碳化后得到的碳的结晶状况、真密度和 抗氧化能力都比树脂碳好。
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树脂
酚醛树脂是碳复合耐火材料最常用的结合剂。 酚醛树脂是由酚类化合物（如苯酚、甲酚、二甲酚、 间苯二酚、叔丁酚、双酚A等）与醛类化合物（如甲醛、 乙醛、多聚甲醛、糠醛等）在碱性或酸性催化剂作用下， 经加成缩聚反应制得的树脂统称为酚醛树脂。
OH
O H C
苯酚
H
甲醛
（phenol） （formaldehyde） 苯酚与甲醛的结构式
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方镁石的晶粒尺寸和体积密度决定着MgO同熔渣反应 的比表面积，从而影响其蚀损程度。 方镁石的晶粒尺寸越大，则方镁石的比表面越小，熔 渣与方镁石反应的面积越小，因而抗渣能力越强。 方镁石直接结合程度越大，则晶界越少，晶界面积亦 小，因而熔渣向晶界处渗透越难。 一般情况下，电熔镁砂的抗侵蚀性比烧结镁砂好。其 原因就在于电熔镁砂的晶粒尺寸大、晶粒间的直接结合程 度比烧结砂要大。 因此，要生产高质量的MgO-C砖，须选择高纯镁砂 （MgO ≥ 97％），C/S ≥2,CaO+SiO2量低，体积密度≥ 3.34g/cm3,结晶发育良好，气孔率≤3%,最好小于1%。
<2> 杂质的种类特别是C/S和B2O3含量; <3> 镁砂的体密,气孔孔径,气孔形状等（烧结性）。
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镁砂中的杂质主要有以下几个方面的不利影响： ①降低方镁石的直接结合程度； ②高温下与MgO形成低熔物； ③Fe2O3、SiO2等杂质在1500~1800℃时，先 于MgO与C反应，留下气孔使制品的抗渣性变差。 除了杂质的总量以外，杂质的种类及相对含量 对镁砂的性能也有重大影响。其中的C/S比和B2O3 含量的影响最为明显。
8/4/2018 13
酚醛树脂的分类
按其加热性状和结构形态分：
热塑性 热固性 水溶性 醇溶性 块状 粒状 粉末状
按产品的形态分：
液态酚醛树脂
8/4/2018 7
(II)石墨 石墨的质量指标如固定碳含量（fixed carbon）,粒 度、灰分组成（ash）,形状及挥发份（volatile content）、 水分等影响着MgO-C砖的性能和使用效果。 固定碳是指石墨中除去挥发分、灰分以外的组成部 分，挥发分是由低熔点物质组成的有机及无机物。 石墨按固定碳含量的高低可分为: 低纯石墨：（F.C：94~95%)； 高纯石墨（F.C：95~98%）； 超高纯石墨（F.C＞98％）。
8/4/2018
哪些结合剂能满足上述要求？
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生产MgO-C质耐火材料的结合剂种类： 煤沥青、煤焦油、特殊碳质树脂、多元醇、沥青 变性酚醛树脂、合成酚醛树脂、糠醛树脂等。
煤沥青
固体树脂
8/4/2018
液体树脂
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沥青 沥青(Pitch)是煤焦油或石油经蒸馏处理或催 化裂化提取沸点不同的各种馏分后的残留物。 煤焦油沥青(煤沥青)、石油沥青。煤沥青芳香烃含量 比石油沥青多，耐火材料常用煤焦油沥青作为结合剂。煤 焦油沥青在常温下是固体，无严格的固定熔化温度，常用 软化点来表示其由固态转变为液态时的温度。 按软化点(环球法测定)的不同可分为低温沥青(软沥青， 软化点<60℃)、中温沥青(中沥青，软化点60~80℃)和高 温沥青(硬沥青，软化点90~140℃)等，在耐火材料领域， 中温沥青应用最多，其次是高温沥青。
8/4/2018 8
（III）结合剂 结合剂起着连结基质和颗粒的作用。 生产和使用过程中，基质和结合剂是耐火材料的两个 薄弱环节。
耐火材料厂常用哪些结合剂？
生产MgO-C质耐火材料对结合剂的要求： 1、对石墨和镁砂有良好的润湿性，粘度及流动性。 2、热处理时能缩合，确保制品具有足够的强度；同 时不使制品产生过大的膨胀与收缩。 3、固定碳含量要高，焦化处理后的碳素聚合体有良 好的高温强度。 4、污染小或无污染。
一般要求镁砂原料的C/S比为多少？为什 么？
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镁砂中的SiO2含量低，可减少MgO与C的高温反 应；C/S比高的镁砂，在高温下与石墨共存的稳定性 好，C/S比越高，方镁石直接结合程度亦高。 镁砂的烧结性越好,其体密越高，封闭气孔越少， 则镁砂向熔渣中溶解的溶解度越小。 镁砂熔损的重要过程之一是熔渣侵蚀方镁石晶界 内,促使MgO与熔渣反应。当熔渣和存在于方镁石晶 界中的SiO2和CaO等杂质反应之后，方镁石晶体不断 向熔渣中分离。 体积密度高的镁砂可以减少熔渣的侵入，从而提 高了MgO-C砖的耐蚀能力。所以生产MgO-C的镁砂 一般要求体积密度≥3.34 g/cm3, 最好大于3.45g/cm3。
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生产MgO-C质耐火材料与普通镁质耐火材料 对镁砂原料要求的区别。
生产普通镁质耐火材料，对镁砂原料要求主要具有 高温强度和耐侵蚀性能。因此注重镁砂的纯度及化学 成分中的C/S比和B2O3含量。 对于MgO-C砖所用的镁砂，除了化学成分外，在 组织结构方面，还要求高密度和大结晶。因此生产 MgO-C质耐火材料用的镁砂质量应包括下列内容： <1> MgO含量（纯度）；