鎂碳磚是日本作為電爐應(yīng)用而開發(fā)的，首次應(yīng)用在轉(zhuǎn)爐的實驗在1970年開始的，經(jīng)過6年正式推廣使用，1977年川崎鋼鐵公司在轉(zhuǎn)爐爐底和風(fēng)口首次使用樹脂結(jié)合的鎂碳磚，開創(chuàng)了含石墨的復(fù)合耐火材料在轉(zhuǎn)爐應(yīng)用的先例。瀝青結(jié)合的鎂碳磚由西歐興起的，通常的鎂碳磚是有鎂砂和鱗片狀石墨中作為結(jié)合劑添加了熱固性樹脂，加入或不加防氧化劑的不燒磚。近幾十年來，由于日益苛刻的冶煉條件和不斷變化鋼鐵冶煉生產(chǎn)技術(shù)，對鎂碳質(zhì)耐火材料提出了較高的要求，主要集中在改進工藝，提高質(zhì)量和使用效果，并已取得了良好效果。下文是鎂碳磚原材料的選擇，供參考！

1、石墨

   石墨具有一種層狀的結(jié)構(gòu)，層內(nèi)原子以強的共價鍵六邊形排列組合到一起，層與層之間是范德華力，使其具有較強的方向性即明顯的各向異性，層內(nèi)及整個表面含有較低的能量，幾乎不潤濕液態(tài)高溫熔渣和鋼水。石墨具有很高的熱穩(wěn)定性而不熔化，離子迀移是很有限度的，鎂碳磚中氧化鎂之間的離子結(jié)合和石墨的共價鍵結(jié)合之間不可能再結(jié)合，因此，需要第二項的結(jié)合劑，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而獲得較大強度，然而其在邊界上有自由價鍵，可以吸附各種物質(zhì)。鱗片狀石墨較其他碳制品具有較高的抗氧化性，而這種抗氧化性也賦予的鎂碳磚的抗磨性能的提高。

   鱗片狀石墨的純度和加入量對鎂碳磚的性能起著極為重要的影響。它的適量加入能夠有效的抑制爐渣侵入耐火材料組織內(nèi)部，研究表明，碳含量為15%的鎂碳磚具有較好的抗渣侵蝕性能。直接影響鎂碳磚的性能和使用效果的主要因素包括石墨中固定碳含量、石墨粒度大小、形狀以及揮發(fā)分等。加入量越多，帶入的灰分也越多，石墨的純度影響著鎂碳磚的抗剝落性能和高溫抗折強度的大小，灰分的主要成分是二氧化硅，其次是氧化鋁和氧化鐵在操作溫度下，氧化硅和氧化鐵容易被還原并在使用過程中使石墨氧化，所以對鎂碳磚特別有害。隨著碳含量的提高，鎂碳磚的體積密度降低、常溫強度降低、抗侵蝕指數(shù)急劇下降，高溫抗折強度影響不顯著，但抗剝落性能有所增加，總之石墨的適宜加入量與爐子的種類、使用不同部位以及各自的操作條件有關(guān)，通常根據(jù)鎂碳磚的使用條件是強調(diào)耐蝕性或者熱震穩(wěn)定性能，還是要求高強度或者抗氧化能力來確定。

2、鎂砂的種類

   生產(chǎn)中的鎂砂主要有三種：海水鎂砂、燒結(jié)鎂砂和電熔鎂砂。

   海水鎂砂：海水鎂砂的生產(chǎn)始于1855年。海水鎂砂的優(yōu)點是純度高，MgO含量在95%之上，化學(xué)成分易于調(diào)節(jié)，顆粒體積密度高達3.30?3.49g/cm3。

   燒結(jié)鎂砂：高級燒結(jié)鎂砂是以鎂砂、白云石砂、鉻粉及方鎂石而組合成的制品。高級材料的特性為：MgO含量在96?99%之間，體積密度在3.40g/cm3以上。鋼廠使用的鎂碳磚，主要是用瀝青結(jié)合的或樹脂結(jié)合的鎂碳磚，用于吹氧轉(zhuǎn)爐和電爐的高蝕損部位.

   電熔鎂砂：所謂電熔，是指在電弧爐中經(jīng)高溫電弧熔融而成的，它的原料可以是特級天然菱鎂礦原礦，也可以是高純的輕燒氧化鎂。電熔鎂砂具有其它鎂砂無法比擬的優(yōu)勢，極高的耐高溫性能，體積密度大、顯氣孔率極低，結(jié)構(gòu)致密，化學(xué)穩(wěn)定性高、強度大，具有一定的絕緣性，耐磨損沖刷，耐熔渣腐蝕?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于高溫隧道窯的高溫?zé)蓭?、感?yīng)爐、電弧爐、轉(zhuǎn)爐的高溫易損毀部位及水泥回轉(zhuǎn)窯上下過渡帶、燒成帶等，玻璃熔窯的高溫?zé)蓭稀?/p>

   高品位的電熔鎂砂晶粒基本大于80μm，晶粒之間為直接結(jié)合，因此硅酸鹽相少、晶界少;而燒結(jié)鎂砂的晶?；驹?0μm—下，晶粒間直接結(jié)合程度較差，晶粒之間由低熔點的硅酸鹽相填充，因此抗侵蝕性能較差。因此現(xiàn)在大多數(shù)的鎂碳磚生產(chǎn)廠家都用電熔鎂砂而不用燒結(jié)鎂砂就是這個原因。

3、結(jié)合劑的種類

   可以作為鎂碳磚結(jié)合劑的物質(zhì)歸納起來有以下幾種：煤系焦油、瀝青、石油系瀝青。傳統(tǒng)的瀝青結(jié)合鎂碳磚價格便宜，使用可靠，殘?zhí)柯矢?，石油瀝青對氧化鎂有較強的親和性，但由于成型后石墨的彈性后效以及熱處理是鎂碳磚體積膨脹，磚體不致密，后來開始使用熱固性酚醛樹脂，獲得良好的坯體強度，抗氧化性能和熱震性能都有所提高。酚醛樹脂在熱處理過程中最終形成高分子連鎖的玻璃碳，酚醛樹脂的固相碳化結(jié)構(gòu)，一般呈現(xiàn)光學(xué)各項同性的玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)，瀝青、焦油液性碳化的碳，因液相粘度高，無法流動狀態(tài)，呈鑲嵌結(jié)構(gòu)，樹脂是在高溫下形成液相層疊之前就固化了，形成了等方向性碳，而等方向性碳與異方向性碳相比，前者收縮90%，后者收縮5%，結(jié)果形成高強度致密性碳。當(dāng)用瀝青與酚醛樹脂混合碳化時，會在碳化組織的界面形成鑲嵌式結(jié)構(gòu)，選用恰當(dāng)?shù)谋壤?，會呈現(xiàn)完整的鑲嵌式結(jié)構(gòu)，結(jié)合強度大，而熱塑性酚醛樹脂則不會提高殘?zhí)悸省?/p>

4、抗氧化劑的反應(yīng)機理

   鎂碳磚防氧化的方法有三種：一是外涂防氧化劑，在低溫下形成玻璃態(tài)物質(zhì)防止碳的氧化，但高溫下失去作用。二是致密化，改變顆粒尺寸、結(jié)合劑以及加大成型壓力的方法。三是加入少量比氧更易氧化的金屬或非金屬化合物添加劑來抑制碳的氧化。如:鋁、硅、鎂、鈣等，或者鋁鎂、硅鎂鈣、鋁鎂鈣等二元或三元合金代替金屬，還有利用碳化硅、碳化硼、硼化鈣以及二氧化鈦等化合物也可以起到防止碳氧化的作用。抗氧化劑在較低溫度下導(dǎo)致產(chǎn)生細小的氣孔，降低鎂碳磚的透氣性，從而阻止氧的進入，高溫下還能增強磚的高溫強度，使用混合金屬與單獨使用金屬強度更高，添加的金屬鋁、硅粉在1000度?1400度之間形成多種反應(yīng)產(chǎn)物，填充碳氧化后剩余的氣孔，從而改善高溫強度及提高抗氧化性能。在1120K添加金屬鋁的磚體高溫強度低于添加金屬硅和鋁的高溫強度，而在1568K則相反，但其抗水化能力隨著硅的增加而降低。

   添加碳化硅可以提高其抗氧化性能，但加入量過多，則降低其抗侵蝕性能。高溫下更加明顯。加入二氧化鈦是基于高爐中增加鐵水的粘度，從而提高耐蝕性，但在轉(zhuǎn)爐中不明顯。

   添加金屬鈣粉可以提高鎂碳磚在低溫與中溫區(qū)的抗氧化性能，反應(yīng)生成的金屬鎂可再氧化生成二次方鎂石，大幅度提高鎂碳磚在氧化環(huán)境下的耐腐蝕性，由于殘余膨脹低，提高了體積穩(wěn)定性，因此在出鋼口與渣線部位使用效果良好。