镁碳砖的制备与应用毕业设计论文.docx

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镁碳砖的制备与应用毕业设计论文

毕业论文镁碳砖的制备与应用

摘要

镁碳砖是国际上新兴的耐火材料产品，镁碳砖具有高耐火性,良好的抗热震性、抗剥落、抗渣性。

它的使用延长了炉衬的使用寿命，是一种广义的新型节能材料，各国都在大力开发镁碳砖生产技术。

但是在生产中仍存在易层裂、韧性差等问题。

调整镁碳砖配合料颗粒级配、控制混合料湿度与优化压制过程等措施可以提高生产质量。

本文开端探讨了镁碳砖的制备。

包括原料的选用，意在着重说明原材料的质量性能对镁碳砖使用效果有较大影响。

并介绍了生产工艺流程上主要工艺参数的确定及生产过程中镁碳砖的层裂问题及解决方法。

随之重点介绍了镁碳砖在转炉上的应用重点阐述了使用环境对其使用效果的影响。

在论文末章介绍了镁碳砖在技术上的发展趋势。

关键词：

颗粒级配，转炉，层裂,镁碳砖

PREPARATIONANDAPPLICATIONOFMAGNESIA

ABSTRACT

Magnesiarefractoriesisinternationallyemergingproducts,magnesiawithahighfireresistance,goodthermalshockresistance,spalling,slagresistance.Itsuseextendsthelifeofthelining,isabroadnewenergy-savingmaterial,countriesarevigorouslydevelopingmagnesiaproductiontechnology.However,therearestilleasilyintheproductionofspallation,andpoortoughness.Adjustmagnesiabatchparticlesizedistribution,humiditycontrolandoptimizationofmixturepressingprocessandothermeasurestoimproveproductionquality.

Beginningofthisarticlediscussesthepreparationofmagnesia.Includingtheselectionofrawmaterials,intendedtohighlightthequalityoftherawmaterialsusedmagnesiaeffectonperformancehaveagreaterimpact.Anddescribesthemainprocessparametersontheproductionprocessandtheproductionprocesstodeterminethespallmagnesiaproblemsandsolutions.Bricksalongwithhighlightsontheapplicationoftheconverterfocusesontheuseofenvironmentaleffectofitsuse.PaperpresentedattheendofchapterBricksintechnologytrends.

KEYWORDS:

particlesizedistribution,converter,spall,magnesia

目　录

前　言

镁碳砖是一种优质的耐火材料,广泛应用在电炉、转炉及精炼炉上。

随着钢铁工业的不断发展,对镁碳砖性能的要求也越来越高,而且镁碳砖中碳的氧化严重影响其使用寿命制约其发展。

镁碳砖的生产工艺和抗氧化性能亟待提高。

因此,研究镁碳砖的生产工艺,改进其抗氧化性能对提高镁碳砖性能与质量,以及镁碳砖行业的发展有重要的意义。

本文以镁碳砖为研究对象,进行了原料选取和工艺优化及性能改进方面的研究。

首先,结合企业实际情况对镁碳砖某型号镁碳砖的生产工艺进行了优化调整。

通过优化颗粒级配、改进压制过程、调整结合剂用量以及加入适当固体结合剂粉末和添加剂等具体生产工艺的调整,改进镁碳砖使用性能提高镁碳砖的生产质量。

近年来转炉炉衬材料在材质、工艺、质量、品种上都有很大变化。

镁碳砖的开发和应用，使转炉炉龄有了明显的提高。

现代大型转炉炉衬主要采用MgO-C砖。

由于MgO-C砖保持了碱性耐火材料的优点，同时又彻底克服了碱性耐火材料耐剥落性差、容易吸收炉渣之类的缺点，所以镁碳砖在钢铁工业中，特别在炼钢转炉中使用正在逐年增加，应用范围逐年扩大。

由于镁碳砖在电炉、转炉及精炼炉上广泛得到应用，使其使用寿命大幅度提高。

镁碳砖由于其优异的抗侵蚀性及抗热震性,在各类炼钢炉上作为炉衬材料被广泛使用。

传统的镁碳砖其WC=10%~20%,随着冶炼技术的进步对耐火材料的新要求,传统镁碳砖在长期的应用实践过程中发现有以下几方面的问题:

由于高热导率增加热损耗,使出钢温度提高,带来能耗增加,同时加大了耐火材料的侵蚀等一系列问题;作为特殊精炼炉的炉衬材料,如在VOD精炼钢包中冶炼高质量洁净钢及超低碳钢时,会引起增碳问题;消耗大量宝贵的石墨资源。

鉴于以上情况,近年来,对精炼钢包用低碳量、性能优异的低碳镁碳砖的开发受到国内外业界的重视,这方面的研究开发工作已取得一定的成果,展现了良好的发展前景本文末章综述最近几年采用纳米技术开发低碳镁碳砖的技术趋势。

第1章原料的选用

1.1镁砂

一般选用含氧化镁95%～99%的电熔镁或烧结镁砂。

CaO/SiO2大于2和杂质含量少。

MgO含量越高，杂质相对越少，硅酸盐相分割程度降低，方镁石直接结合程度越高，镁碳砖的抗渣侵蚀性越强（在组织结构方面要求镁砂高密度并且结晶大）菱镁矿等为原料经电弧炉熔炼达到熔融状态冷却后形成的称为电熔镁砂；从海水中提取氧化镁制成的称为海水镁砂。

镁砂是耐火材料最重要的原料之一，用于制造各种镁砖、镁铝砖、捣打料、补炉料等。

电熔镁砂是用精选的特A级天然菱镁石或高纯轻烧镁颗粒，在电弧炉中熔融制得。

该产品具有纯度高，结晶粒大，结构致密，抗渣性强材料，热震稳定性好，是一种优良的高温电气绝缘材料，也是制作高档镁砖，镁碳砖及不定形耐火材料的重要原料。

优质镁砂的原料条件应该做到：

SiO2﹤1%、CaO/SiO2比值应在1.8～2.8的范围，这种镁砂的技术条件主要是根据国外合成镁砂的成分而制定的。

我国的天然镁砂的技术条件应根据本身的实际条件来制定，我国大石桥生产的优质天然烧结镁砂，MgO﹥95%、SiO2﹤2%、Fe2O3﹤0.5%、B2O3微量，用这种镁砂制造的镁碳砖，在转炉的重要部位使用有良好的效果。

镁碳砖在使用过程中镁砂颗粒的蚀损过程大致为：

①方镁石颗粒与石墨在或高温真空下产生固相反应如下：

MgO+C→Mg↑十CO↑

生成的蒸汽和CO挥发；

②方镁石颗粒被熔渣化学熔损，包括外来炉渣及镁砂杂质中的各类氧化物的熔损；

③镁碳砖工作层基质氧化脱碳后，其结合强度降低，在炉渣的渗透及冲刷下，方镁石颗粒脱离砖体被冲裹进炉渣内。

在充分考虑上述因素后使用的镁碳砖选用了方镁石结晶晶粒大、结合力强、杂质少的高氧化镁含量的镁砂作为主要原料，这种镁砂不仅能降低方镁石晶体被硅酸盐相分割程度，减少熔渣对晶界的侵蚀速度，还可以提高镁砂与石墨高温共存时的稳定性。

此外,由于其体积密度大、结合力强，在镁砂加工过程中可得到边界棱角鲜明的颗粒,加强与基质的镶嵌结合，提高镁砂颗粒在镁碳砖中的稳定性。

电熔镁砂与烧结镁砂相比具有方镁石结晶粒粗大、颗粒体积密度大等优点。

考虑到使用效果与成本，使用的镁碳砖按不同比例选用各种级别的电熔镁砂。

镁砂的颗粒配比对镁碳砖的使用效果影响也比较大。

粗颗粒作为骨料在配料中占有较大比例，而临界尺寸的确定对砖的物理性能更有重要的影响。

经过多年的实践，使用的镁碳砖选用了合适的粗颗粒临界粒度与比例。

镁碳砖的基质部分由镁砂细粉和石墨组成，其品位对砖的使用性能有较大影响。

1.2石墨

镁碳砖的碳源选用石墨，碳能防止炉渣向砖内浸入，有益于提高砖的抗侵蚀性。

镁碳砖一般选用天然鳞片状石墨。

天然鳞片石墨的熔点高达3700℃，它具有典型的片层状结构、高的导热率和低膨胀系数及弹性模量，是生产镁碳砖理想的碳素材料。

石墨的纯度越高、鳞片越厚大，抗氧化性能就越好，高温失重也就越小。

但另一方面碳容易氧化又是其固有属性。

众所周知，当砖中的碳被氧化时，砖的特性也随之消失。

氧化越剧，损毁越快。

碳氧化的主要途径:

一是与炉渣中的FeO反应；二是与气氛中的O2与CO2反应；三是与砖中的MgO反应。

作为防氧化的主要手段是向砖中引入易氧化的活泼的金属粉末，如Al粉、Mg粉、Si粉,以及氮化物、硼化物、碳化物等易氧化物质。

其理由在于砖被加热时，这些物质即与C或者CO发生反应生成碳化物，并且使C重新凝聚，最终生成Al4C3、Al2O3等高熔点物质并随之产生体积膨胀，使砖体致密化，形成陶瓷结合，从而提高了抗氧化性和高温强度，现以加入Al粉为例，列式于以说明：

　　Al（S）+3/4C（S）→1/4Al4C3（S）　⑤

2Al（S）+3CO（g）→Al2O3+3C　⑥

　　Al（S）+3/2CO（g）+1/2MgO（S）→1/2MA+3/2C　⑦

　　1/2Al4C3+3CO（g）+MgO（S）→MA+9/2C（S）　⑧

大量的研究和实践证明，加入防氧化剂对提高MgO-C砖的抗侵蚀性是行之有效的。

经验证明，加入复合防氧化剂效果比加入单一防氧化剂效果要好。

1.3结合剂

镁碳砖在生产早期使用焦油沥青作结合剂，现在多用酚醛树脂。

其本身具有良好的弹性和有抛光作用，形成磨具后，仍具有良好的自锐性，不易堵塞，修整少，而且磨削效率较高，磨削温度较低，磨削的表面光洁度高，所以应用范围十分广泛。

结合剂是生产镁碳砖的关键材料。

应具备以下条件：

（1）、常温下能保持适当的粘度和流动性，对镁砂和石墨有良好的润湿性和亲和性，不产生时效硬化；

（2）、在热处理过程中能进～步聚合，使制品有较高的强度；

　　（3）、在升温过程中应有较高的残碳性，并与其它碳素材料聚合，使制品有良好的高温性能；

（4）、性能稳定可靠。

根据上述要求，经过反复实践，选用了热塑性酚醛树脂结合剂作为生产镁碳砖的结合剂。

1.4添加剂

镁碳砖的优良性能依赖于砖中碳的存在，镁碳砖的氧化脱碳是导致其蚀损的重要原因。

镁碳砖脱碳后，造成了基质疏松、结合强度降低，被炉渣渗透熔损，镁砂骨料脱落，使制品组织劣化，降低转的使用寿命。

目前主要通过添加抗氧化剂（金属铝粉，硅粉，铝镁合金粉，碳化硅，碳化硼）的手段来提高镁碳砖的抗氧化性能。

但由于各种金属添加物的价格较高，在选用时需兼顾成本和使用效果。

其抗氧化机理是：

Ⅰ.抗氧化剂与氧反应，避免碳与氧反应；Ⅱ.氧化后形成的新物相（如碳化物，氧化物及尖晶石）产生体积膨胀，封闭气孔，使砖的致密度提高，阻止了熔渣的渗透；Ⅲ.新生成的物相在石墨和氧化镁间“搭桥”，使其形成牢固结合。

抗氧化剂的加入量一般为1%～6%。

第2章镁碳砖制备

镁碳砖一般为不烧制品，生产工艺主要包括原料准备，配料，混炼，成型和热处理。

采用高纯镁砂粉粒、碳素材料和焦油沥青或树脂等为原料，经配料、热混、成型后，再经300℃左右或1000℃以上焙烧而成。

为抑制砖中的碳的氧化，常添加铝、硅、镁等金属或氮化硼，加入量不超过5%。

采用高压力成型机成型，以提高专的密度。

成型时应该严格按照先轻后重、多次加压的操作规程进行压制，以免产生裂纹，最好采用抽真空、排气加压装置