2碳复合耐火材料-镁碳质耐火材料

题 纲
1镁碳质耐火材料的性能 2原料对MgO-C砖性能的影响 原料对MgOMgO MgO3 MgO-C砖的生产 MgO4 MgO-C砖在转炉上的应用及损毁机理
题 纲
1镁碳质耐火材料的性能 2原料对MgO-C砖性能的影响 原料对MgOMgO MgO3 MgO-C砖的生产 MgO4 MgO-C砖在转炉上的应用及损毁机理
石墨
与MgO相比，石墨具有高的导热系数： 相比， 相比 石墨具有高的导热系数：
1 ° λ M0g0O C ＝ 1 2 2 .2 7 w / m . k 1 0 λ M0g0O ° C = 2 4 .0 8 w / m / k
低的热膨胀系数： 低的热膨胀系数：
αMgO =14 ~15×10−6 / °C
镁砂中的杂质主要有以下几个方面的不利影响： 镁砂中的杂质主要有以下几个方面的不利影响： 降低方镁石的直接结合程度； ①降低方镁石的直接结合程度； 高温下与MgO形成低熔物； 形成低熔物； ②高温下与 形成低熔物 等杂质在1500~1800℃时，先于 先于MgO与C反 ③Fe2O3、SiO2等杂质在 ℃ 与 反 留下气孔使制品的抗渣性变差。 应，留下气孔使制品的抗渣性变差。 除了杂质的总量以外， 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 2O3含量的影响最为明显。 能也有重大影响。其中的 比和B 含量的影响最为明显。 比和
电熔 镁砂 97.5%
电熔镁 砂 96%
98大结晶电熔镁砂 大结晶电熔镁砂
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电熔白刚玉
烧结镁砂：晶粒细小（ 烧结镁砂 ： 晶粒细小 （ 0~60um） ,杂质与硅酸盐相相对较 ） 杂质与硅酸盐相相对较 直接结合程度较差，价格便宜。 多，直接结合程度较差，价格便宜。
普通烧结烧砂
高纯烧结镁砂， 高纯烧结镁砂，MgO>98%
电熔镁砂：晶粒大（＞80um）,与同纯度的烧结镁砂相比 电熔镁砂：晶粒大（＞ （＞ ） 与同纯度的烧结镁砂相比 杂质少,硅酸盐相少 晶粒直接结合程度高，晶界少,价格高 硅酸盐相少,晶粒直接结合程度高 价格高。 杂质少 硅酸盐相少 晶粒直接结合程度高，晶界少 价格高。
电熔 镁砂 98%
电熔镁 砂97%
碳复合耐火材料
碳复合耐火材料按显微结构分的类型→ 碳复合耐火材料按显微结构分的类型→碳-氧化物 的一般反应→ 氧化镁的开始反应温度→ 的一般反应→碳-氧化镁的开始反应温度→碳-耐火氧 化物反应（自耗反应） 化物反应（自耗反应）对碳复合耐火材料性能的影响 →致密氧化镁保护层的形成及对镁碳质复合耐火材料 性能的影响→添加剂的热力学行为→ 性能的影响→添加剂的热力学行为→防氧化剂的作用 机理→选择防氧化剂的原则。 机理→选择防氧化剂的原则。
FM-电熔镁砂，SM-烧结镁砂，G-石墨 电熔镁砂， 烧结镁砂， 石墨 电熔镁砂 烧结镁砂 MgO-C砖耐火材料的显微结构 砖耐火材料的显微结构
镁碳质耐火材料的性能
MgO-C质耐火材料作为一种碳复合耐火材料，有效地利用了镁砂的抗渣 质耐火材料作为一种 复合耐火材料，有效地利用了镁砂的抗渣 质耐火材料作为一种碳 侵蚀能力强和碳的高导热性及低膨胀性，补偿了镁砖耐剥落性差的最大缺点。 侵蚀能力强和碳的高导热性及低膨胀性，补偿了镁砖耐剥落性差的最大缺点。
一般要求镁砂原料的C/S比为多少？为什么？ 一般要求镁砂原料的C/S比为多少？为什么？ C/S比为多少
C/S比控制着镁砂的副晶相类型。一般镁质耐火材料通常 比控制着镁砂的副晶相类型。 比控制着镁砂的副晶相类型 要求C/S≥2,从而使副晶组成相落在 要求 从而使副晶组成相落在CaO-MgO-SiO2三元相图中 从而使副晶组成相落在 CaO-MgO-C2S三相之间的高熔点区，以提高 三相之间的高熔点区， 三相之间的高熔点区 以提高MgO-C砖高温稳 砖高温稳 定性。 均为高熔点物相. 定性。bicalcium silicate和tricalcium silicate均为高熔点物相 和 均为高熔点物相
镁砂中的SiO2含量低，可减少 含量低，可减少MgO与C的高温反应；C/S比 的高温反应； 镁砂中的 与 的高温反应 比 高的镁砂，在高温下与石墨共存的稳定性好， 比越高， 高的镁砂 ， 在高温下与石墨共存的稳定性好 ， C/S比越高， 方 比越高 镁石直接结合程度亦高。 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 镁砂的烧结性越好 其体密越高，封闭气孔越少， 其体密越高 熔渣中溶解的溶解度越小。 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 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 与熔渣反应。 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。 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 砖的耐蚀能力。 砖的耐蚀能力 所以生产MgO-C的镁砂一般要求体积 的镁砂一般要求体积 密度≥3.34 g/cm3, 最好大于 最好大于3.45g/cm3。 密度
高温蠕变：蠕变是一个随时间变化的性质，它决定受压耐火 高温蠕变：蠕变是一个随时间变化的性质，
材料在一定时间内和一定温度下的变型。 材料在一定时间内和一定温度下的变型。
题 纲
1镁碳质耐火材料的性能 2原料对MgO-C砖性能的影响 原料对MgOMgO MgO3 MgO-C砖的生产 MgO4 MgO-C砖在转炉上的应用及损毁机理
杂质的影响 镁砂的纯度对镁砂颗粒在熔渣中及有熔渣吸入时 的溶损行为有着重大的影响。 的溶损行为有着重大的影响。 MgO含量越高 ， 杂质相对越少 ， 硅酸盐相分割 含量越高， 含量越高 杂质相对越少， 程度降低， 方镁石直接结合程度提高,抗熔渣的渗透 程度降低 ， 方镁石直接结合程度提高 抗熔渣的渗透 熔损能力提高。 熔损能力提高。 镁砂中的杂质主要有CaO、 SiO2 、 Fe2O3 、 B2O3 镁砂中的杂质主要有 、 天然镁砂中B 含量极低， 属无硼砂。 等 ， 天然镁砂中 2O3 含量极低 ， 属无硼砂 。 镁砂中 如果杂质含量高， 特别是B2O3 的化合物， 会对镁砂 如果杂质含量高 ， 特别是 的化合物 ， 的耐火度及高温性能产生不利影响。 的耐火度及高温性能产生不利影响。
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在温度为279~1273K范围内，氧化物及某些难熔化合物的 范围内， 在温度为 范围内 线性热膨胀系数平均值（ × 如下图所示. 线性热膨胀系数平均值（α×10-6K-1）如下图所示
（4）高温蠕变低 ）
MgO-C质耐火材料与其它陶瓷结合耐火材料相比， 具有 质耐火材料与其它陶瓷结合耐火材料相比， 质耐火材料与其它陶瓷结合耐火材料相比 特别好的蠕变特性。 特别好的蠕变特性。 这是因为MgO-C砖的基质是有熔点高的石墨和镁砂细粉 这是因为 砖的基质是有熔点高的石墨和镁砂细粉 组成，并且颗粒间存在着牢固的碳结合网络， 不易产生滑移； 组成 ， 并且颗粒间存在着牢固的碳结合网络 ， 不易产生滑移 ； 无共熔关系， 且C与MgO无共熔关系，液相少。 与 无共熔关系 液相少。
回转抗渣炉
MgO-FeO二元相图 二元相图
(3) 热震稳定性好
R ∝ Pm λ / Eα
其中P ：材料的机械强度； 为材料的导热系数 为材料的导热系数； 为材料 其中 m：材料的机械强度；λ为材料的导热系数；E为材料 的弹性模量； 为材料的热膨胀系数 为材料的热膨胀系数。 的弹性模量；α为材料的热膨胀系数。 λ 1 0 0 0 ° C = 2 2 9 w / m . k
.0~1000 1.4 3.34 α石墨 °C＝ ~1.5×10−6 / °C, >1000°C时： ×10−6 / °C
小的弹性模量： 小的弹性模量：E=0.9×105kg/cm2(8.82 ×1010Pa)，石墨的机 × ， 械强度随着温度的升高而提高。 械强度随着温度的升高而提高。
2011-11-10
方镁石的晶粒尺寸和体积密度决定着MgO同熔渣反应的比 同熔渣反应的比 方镁石的晶粒尺寸和体积密度决定着 表面积，从而影响其蚀损程度。 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， 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， 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。 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。 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、 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。 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 结晶发育良好， 最好小于1%。 结晶发育良好 气孔率≤3%,最好小于 。 最好小于
MgO-C质耐火材料 质耐火材料
镁碳质耐火材料主要用于转炉、 镁碳质耐火材料主要用于转炉、交流电弧 直流电弧炉的内衬，钢包的渣线等部位。 炉、直流电弧炉的内衬，钢包的渣线等部位。
MgO-C质耐火材料 质耐火材料
添加有金属Al粉 粉和B 的 添加有金属 粉、Si粉和 4C的MgO-C砖的显微结构如下图 粉和 砖的显微结构如下图 所示。 所示。
(1) 耐高温性能
TM .PMgO =2825℃， ℃
TM .P石墨
＞3000℃， ℃
且MgO与C间在高温下无共 与 间在高温下无共 熔关系，因而镁碳质耐火材 熔关系， 料具有很好的高温性能。 料具有很好的高温性能。
(2) 抗渣能力强
MgO本身对碱性渣及高铁渣具有很强的抗蚀能力 石墨与 本身对碱性渣及高铁渣具有很强的抗蚀能力,石墨与 本身对碱性渣及高铁渣具有很强的抗蚀能力 熔渣的润湿性差。因而镁碳质耐火材料具有高的抗渣性。 熔渣的润湿性差。因而镁碳质耐火材料具有高的抗渣性。
镁碳砖
本章重点
1、 掌握镁碳质耐火材料的性能 、 及具有这些性能的原因； 及具有这些性能的原因； 2、 掌握原料对镁碳质耐火材料 、 性能的影响； 性能的影响； 3、 掌握镁碳质耐火材料的工艺 、 要点。 要点。
定义
镁碳质耐火材料是以高温烧结镁砂或电熔 镁砂和碳素材料为原料， 镁砂和碳素材料为原料，添加各种非氧化物添 加剂，用碳质结合剂制成的不烧耐火材料。 加剂，用碳质结合剂制成的不烧耐火材料。
原料对MgO-C砖性能的影响 砖性能的影响 原料对
生产MgO-C质耐火材料的原料有：镁砂、石墨、结合剂和 质耐火材料的原料有：镁砂、石墨、 生产 质耐火材料的原料有 添加剂。原料的质量直接影响MgO-C砖的性能和使用效果。 砖的性能和使用效果。 添加剂。原料的质量直接影响 砖的性能和使用效果 （1）镁砂 ） 镁砂是生产MgO-C质耐火材料的主要原料 ， 镁砂质量的 质耐火材料的主要原料， 镁砂是生产 质耐火材料的主要原料 优劣对MgO-C质耐火材料的性能有着极为重要的影响 ， 如何 质耐火材料的性能有着极为重要的影响， 优劣对 质耐火材料的性能有着极为重要的影响 合理地选择镁砂是生产MgO-C质耐火材料的关键。 质耐火材料的关键。 合理地选择镁砂是生产 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。 镁砂有电熔镁砂和烧结镁砂，它们具有不同的特点。
生产MgO-C质耐火材料与普通镁质耐火材料对镁砂原料要 质耐火材料与普通镁质耐火材料对镁砂原料要 生产 求的区别。 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 生产普通镁质耐火材料， 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 度和耐侵蚀性能 。 因此注重镁砂的纯度及化学成分中的 比 含量。 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 砖所用的镁砂， 对于 砖所用的镁砂 除了化学成分外， 方面， 还要求高密度和大结晶 因此生产MgO-C质耐火材料 高密度和大结晶。 方面 ， 还要求 高密度和大结晶 。 因此生产 质耐火材料 用的镁砂质量应包括下列内容： 用的镁砂质量应包括下列内容： <1> MgO含量（纯度）； 含量（ 含量 纯度） <2> 杂质的种类特别是 杂质的种类特别是C/S和B2O3含量 和 含量; <3> 镁砂的体密 气孔孔径,气孔形状等（烧结性）。 镁砂的体密,气孔孔径 气孔形状等 烧结性） 气孔孔径 气孔形状等（