Productieproces van MgO-C-stenen
De belangrijkste grondstoffen voor MgO-C-stenen zijn onder meer gesmolten magnesia of gesinterde magnesia, vlokgrafiet, organische bindmiddelen en antioxidanten.
Magnesia
Magnesia is de belangrijkste grondstof voor de productie van MgO-C-stenen, verkrijgbaar in gesmolten magnesiumoxide en gesinterde magnesiumoxidevormen. Vergeleken met gesinterd magnesiumoxide heeft gesmolten magnesiumoxide voordelen zoals grotere periklaaskristalkorrels en een hogere bulkdichtheid, waardoor het de voorkeursgrondstof is voor de productie van MgO-C-bakstenen. Voor de productie van gewone magnesiumoxide-gebaseerde vuurvaste materialen zijn de belangrijkste vereisten voor magnesiagrondstoffen een hoge-temperatuursterkte en corrosieweerstand. Daarom wordt de nadruk gelegd op de zuiverheid van magnesiumoxide en de C/S-verhouding en het B₂O₃-gehalte in zijn chemische samenstelling. Met de ontwikkeling van de metallurgische industrie en steeds zwaardere smeltomstandigheden vereist het magnesiumoxide dat wordt gebruikt in MgO-C-stenen voor metallurgische apparatuur (converters, elektrische ovens, gietpannen, enz.) niet alleen een specifieke chemische samenstelling, maar ook een hoge dichtheid en een grote kristallietgrootte in termen van microstructuur.
Productieproces van magnesiumoxide-koolstofsteen Koolstofbron
Of het nu gaat om traditionele MgO-C-stenen of de veelgebruikte-koolstof MgO-C-stenen, vlokgrafiet wordt voornamelijk gebruikt als koolstofbron. Grafiet is een belangrijke grondstof voor MgO-C-bakstenen, voornamelijk vanwege de uitstekende fysische eigenschappen: ① niet-bevochtigbaarheid door slakken; ② hoge thermische geleidbaarheid; ③ lage thermische uitzetting. Bovendien ondergaat grafiet geen eutectisch smelten met vuurvaste materialen bij hoge temperaturen en heeft het een hoge vuurvastheid. De zuiverheid van grafiet heeft een aanzienlijke invloed op de prestaties van MgO-C-stenen; in het algemeen is grafiet met een koolstofgehalte van meer dan 95%, bij voorkeur meer dan 98%, vereist.
Naast grafiet wordt carbon black ook vaak gebruikt bij de productie van magnesiumoxide-koolstofstenen. Carbon black is een sterk gedispergeerd zwart poederachtig koolstofhoudend materiaal dat wordt geproduceerd door thermische ontleding of onvolledige verbranding van koolwaterstofverbindingen. Het heeft fijne deeltjes (minder dan 1 μm), een groot specifiek oppervlak, een koolstofgehalte van 90-99%, een hoge zuiverheid, een hoge elektrische weerstand, een hoge thermische stabiliteit en een relatief lage thermische geleidbaarheid, en behoort tot de categorie niet-grafitiserende koolstof. De toevoeging van carbon black kan de weerstand tegen afbrokkelen van MgO-C-stenen effectief verbeteren, het resterende koolstofgehalte verhogen en de dichtheid van de stenen verbeteren.
Bindmiddel
Veelgebruikte bindmiddelen die worden gebruikt bij de productie van MgO-C-bakstenen zijn onder meer koolteer, koolteerpek, petroleumpek, evenals speciale koolstofhoudende harsen, polyolen, pek-gemodificeerde fenolharsen, synthetische harsen, enz. De gebruikte bindmiddelen kunnen in de volgende typen worden ingedeeld:
Op pitch- gebaseerd materiaal. Koolteerpek is een thermoplastisch materiaal met voordelen zoals een sterke affiniteit met grafiet en magnesiumoxide, een hoog resterend koolstofgehalte na carbonisatie en lage kosten; het werd in het verleden veel gebruikt. Koolteerpek bevat echter kankerverwekkende aromatische koolwaterstoffen, vooral een hoog gehalte aan benzopyreen. Door het toenemende milieubewustzijn neemt het gebruik van koolteerpek nu af.
Materialen op hars-basis. Kunsthars wordt geproduceerd door de reactie van fenol en formaldehyde. Het kan bij kamertemperatuur goed worden gemengd met vuurvaste deeltjes en heeft een hoog restkoolstofgehalte na carbonisatie, waardoor het het belangrijkste bindmiddel is dat momenteel wordt gebruikt voor MgO-C-stenen. De glasachtige netwerkstructuur die wordt gevormd na de carbonisatie ervan is echter niet ideaal voor de thermische schokbestendigheid en oxidatiebestendigheid van het vuurvaste materiaal.
Gemodificeerde materialen op basis van pek en hars. Als het bindmiddel na carbonisatie een structuur en in-situ koolstofvezels kan vormen, kan het de hoge- temperatuurprestaties van het vuurvaste materiaal verbeteren.
Antioxidanten
Om de oxidatieweerstand van MgO-C-stenen te verbeteren, worden vaak kleine hoeveelheden additieven toegevoegd. Veel voorkomende additieven zijn onder meer Si, Al, Mg, Al-Si, Al-Mg, Al-Mg-Ca, Si-Mg-Ca, SiC, B₄C, BN, en meer recentelijk gerapporteerde Al-B-C- en Al-SiC-C-systemen. Het mechanisme van additieven kan grofweg in twee aspecten worden verdeeld: het ene is vanuit een thermodynamisch perspectief, waarbij bij werktemperaturen de additieven of hun reactieproducten met koolstof een grotere affiniteit voor zuurstof hebben dan koolstof, waardoor ze bij voorkeur worden geoxideerd en de koolstof worden beschermd; de andere is vanuit een kinetisch perspectief, waarbij de verbindingen gevormd door additieven die reageren met O₂, CO of koolstof de microstructuur van het koolstof-bevattende vuurvaste materiaal veranderen, zoals het verhogen van de dichtheid, het blokkeren van poriën en het belemmeren van de diffusie van zuurstof en reactieproducten.
