生产MgO-C砖常用的结合剂有煤焦油,煤沥青和石油沥青,转炉电熔镁砂以及特殊碳质树脂,多元醇,沥青变性酚醛树脂,合成树脂等。目前所用到的结合剂有以下几种类型:沥青类物质。焦油沥青是一种热塑性材料,具有与石墨、氧化镁亲和力大,炭化后残碳率高,成本低的特点,过去曾大量使用;但是焦油沥青中含有致癌的芳香烃,转炉电熔镁砂销售尤其是苯并茁含量高;由于环境意识的加强,现在焦油沥青的使用量在减少。树脂类物质。合成树脂是由苯酚和甲醛反应制得,在常温下便能和耐火材料颗粒很好的混合,炭化后残碳率高,是当前生产MgO-C砖用主要结合剂;但它炭化后形成的玻璃态网络结构,对耐火材料的抗热震性和抗氧化性都不理想。
在沥青和树脂的基础上,经过改性得到的物质。如果结合剂炭化后能形成镶嵌结构和原位形成碳纤维物质,那么这种结合剂将改善耐火材料的高温性能。为了提高MgO-C砖的抗氧化性,常加入少量的添加剂,添加剂的作用原理大致可分为两个方面:一方面是从热力学观点出发,即在工作温度下,添加物或者添加物和碳反应生成其他物质,它们与氧的亲和力比碳与氧的亲和力大,优先于碳被氧化从而起到保护碳的作用;另一方面,即从动力学的角度来考虑添加剂与O2,CO或者碳反应生成的化合物改变碳复合耐火材料的显微结构,如增加致密度,堵塞气孔,阻碍氧及反应产物的扩散等。
高铝砖耐火度1770-1790℃,三氧化铝(Al2O3)含量大于48%的一种耐火砖。其特点是:耐压强度高、耐火度高。耐冲击性好、抗腐蚀强、抗渣性优良、使用寿命长,荷重化温度高,高温下的结构强度高。镁砖耐火度达2000℃以上,以烧成镁砂为主要原料,经机压成型后在1500℃左右的高温烧成的制品。因其高温性能好,抗冶金炉渣能力强,被广泛应用于钢铁工业炼钢炉衬和混铁炉等,目前转炉层用镁砖多为烧成镁砖和镁硅砖。耐火砖里面、黏土砖、高铝砖、镁砖,其中的镁砖耐火温度比较高,高达2000多度;其次是高铝砖,耐火温度为1770-1790度;然后是黏土砖。
以电熔法使镁铬混合粉料熔融,通过熔体析晶,形成显微结构相当均匀的、以镁铬尖晶石和方镁石混晶为主要相组成的原料,把这种电熔镁铬料粉碎成一定颗粒粒度,混合成型,经烧成以制备再结合砖,或直接用做化学结台砖。再结合砖的显微结构特征是高度的直接结合和含有大量的尖晶石脱溶相:含有大量脱溶相的基晶,从本质上改变了方镁石的物理化学性质,如降低热膨胀系数、提高抗热震性,改善对酸-碱性渣侵蚀的抵抗能力。再结合砖有同熔铸砖使用效果相似的性状,但有比熔铸砖更好的耐温度急变性和更均匀的显微结构。
镁砂是生产MgO–C砖的主要原料,有电熔镁砂和烧结镁砂之分。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,是生产镁碳砖中主要选用的原料。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。随着冶金工业的发展,冶炼条件日益苛刻,在冶金设备(转炉、电炉、钢包等)上应用的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。
碳质制品是另一类中性耐火材料,根据含碳原料的成分和制品的矿物组成,分为碳砖、石墨制品和碳化硅质制品三类。碳砖是用高品位的石油焦为原料,加焦油、沥青作粘合剂,在1300℃隔绝空气条件下烧成。石墨制品(除天然石墨外)用碳质材料在电炉中经2500~2800℃石墨化处理制得。碳化硅制品则以碳化硅为原料,加粘土、氧化硅等粘结剂在1350~1400℃烧成。也可以将碳化硅加硅粉在电炉中氮气氛下制成氮化硅-碳化硅制品。