含碳耐火材料用结合剂及新技术在低碳镁炭砖中的应用综述.pdf

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含碳耐火材料用结合剂及新技术在低碳镁炭砖中的

应用综述
曾存峰1田守信2徐延庆1
1）中钢集团洛阳耐火材料研究院（471039）
2）上海宝钢研究院
E-mail:[e-mail]
摘要：本文介绍了低碳镁炭耐火材料的部分性能指标和含碳耐火材料用结合剂技术的发
展；简述了如何提高低碳镁炭耐火材料的抗热震性以及低碳镁炭耐火材料新的研究发展方
向。
关键词：低碳镁炭砖结合剂碳原料纳米技术

1．引言
自上世纪70年代以来，镁炭砖经历了30多年的发展。从最初的向镁质耐火材料内浸入
沥青与焦油来降低气孔率，从而提高耐火材料使用性能的简单设想，到采用树脂作为结合剂，
并且引入石墨原料，发展成应用广泛的含碳为12-20%的镁炭砖。由于含碳耐火材料具有非
常好的抗侵蚀性和热稳定性，现在已广泛应用于转炉、电炉、钢包内衬和渣线等部位，取得
了其它耐火材料无法比拟的骄人成绩，为钢铁冶金工业的发展作出了“划时代”的贡献。从

图1示出的各元素化合物中，可以制备多种含碳耐火材料，如ZrO2-C,Al2O3-C,MgO-C,

MgO-CaO-C,MgO-Al2O3-C,Al2O3-SiC-C等。
镁炭砖经历了30多年的黄金时期的发展，它的材质设计、制备技术、使用技术、抗氧
化和结合剂技术都相当成熟。但在当今社会，人们对环境要求越高，家电、汽车等高科技产
业的发展要求洁净钢、超低碳钢品质越严的状况下，普通镁炭耐火材料由于含碳量高，使用
时面临三大难点：（1）耐火材料导热率高，导致钢水温度下降过快、热能损失过大和炉体容

易受热变形，制约二次精炼工艺发展；（2）产生大量CO和CO2气体，加剧温室效应；（3）
炉衬对钢水的污染特别是增碳现象严重；
近年来，世界各国都在大力发展炉外精炼工艺和洁净钢工艺，洁净钢和超低碳钢的产量
越来越高。为了提高钢的品质，解决镁炭耐火材料使用时面临的难点，同时为了改善环境，
低碳镁炭砖由于自身热导率和总碳含量下降、降低对钢水的增碳等优越性而受到各界的高度
关注，成为镁炭耐火材料新的发展焦点，在日本低碳镁炭砖得到了很好的发展。通常认为C
≤8%的镁炭砖为低碳镁炭砖。目前低碳镁炭砖的研究主要集中在三个方面：（1）结合剂的研
究；（2）碳原料的研究选择；（3）纳米技术的应用；本文对此进行了归纳和总结。

2.国内外含碳耐火材料用结合剂的研究

镁炭耐火材料发展的关键阶段可以认为是寻找结合剂的阶段。结合剂的研究一直是含碳
耐火材料的研究重点，含碳耐火材料的结合剂主要分为三种类型：（1）沥青类物质；（2）树
脂类物质；（3）在沥青和树脂的基础上，经过改性得到的物质。在生产镁炭砖所用的结合剂
中，（1）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，尤其是苯并芘含量高；

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由于环境意识的加强，现在焦油沥青的使用量在减少。（2）石油沥青使用时需要加热成型，
虽然它的苯并芘含量只有焦油沥青的1/15，但是它的残碳率也很低。（3）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，当前生产
镁炭砖时用量非常大；但它炭化后形成的玻璃态网络结构，对耐火材料的抗热震稳定性和抗
氧化性都不理想，另外苯酚的气味也引起多方强烈不满。
国内结合剂的生产单位和结合剂的品种很多，表1，表2为沥青和酚醛树脂的部分性能
指标[1]。
表1:沥青、酚醛树脂加热过程变化
名称挥发分逸出热分解聚合成焦氧化阶最大挥发速最大挥发速
热缩合阶段阶段温度/℃段温度/℃度/（%·min-1）度对应的温
温度/℃度/℃
高温沥青/300-450450-10008.10530
中温沥青180-450450-570570-100011.0340
改质沥青/200-600600-100011.8550
煤焦油90-450450-570570-99011.0390
石油沥青/300-590590-76034.0530
蒽油100-750//28.0400
热固性树脂40-260260-460460-8507.7200
热朔性树脂40-260260-460460-8507.7200
糖醇树脂100-340340-650/22.0190

表2:国内液体酚醛树脂性能指标
物理性粘度固含量游离酚
型号水分/%残碳/%PH
能（Pa·s）/%/%

GM-1热固性3.0≤1≥70≥41—6.5～7

6.8～
L872－A热固性2.5≤5≥75≥42＜10
7.2

6.8～
2131热固性2.35≤5≥72≥43≤18
7.2

6.5～