Processo di produzione dei mattoni MgO-C
Le principali materie prime per i mattoni MgO-C includono magnesia fusa o magnesia sinterizzata, grafite in scaglie, leganti organici e antiossidanti.
Magnesia
La magnesia è la materia prima principale per la produzione di mattoni MgO-C, disponibili nelle forme magnesia fusa e magnesia sinterizzata. Rispetto alla magnesia sinterizzata, la magnesia fusa presenta vantaggi come grani di cristallo di periclasio più grandi e una maggiore densità apparente, che la rendono la materia prima preferita per la produzione di mattoni MgO-C. Per la produzione di materiali refrattari ordinari a base di magnesia-, i requisiti principali per le materie prime di magnesia sono la resistenza alle alte-temperature e la resistenza alla corrosione, quindi l'accento è posto sulla purezza della magnesia e sul rapporto C/S e sul contenuto di B₂O₃ nella sua composizione chimica. Con lo sviluppo dell'industria metallurgica e condizioni di fusione sempre più difficili, la magnesia utilizzata nei mattoni MgO-C per apparecchiature metallurgiche (convertitori, forni elettrici, siviere, ecc.) richiede non solo una composizione chimica specifica ma anche un'elevata densità e grandi dimensioni dei cristalli in termini di microstruttura.
Processo di produzione del mattone di carbonio di magnesiaCarbon Source
Sia nei tradizionali mattoni a base di MgO-C che nei mattoni a basso-carbonio di MgO-C ampiamente utilizzati, la grafite in scaglie viene utilizzata principalmente come fonte di carbonio. La grafite è una materia prima fondamentale per i mattoni MgO-C, principalmente grazie alle sue eccellenti proprietà fisiche: ① non-bagnabilità da parte delle scorie; ② elevata conduttività termica; ③ bassa dilatazione termica. Inoltre la grafite non subisce fusione eutettica con refrattari ad alte temperature e presenta un'elevata refrattarietà. La purezza della grafite influisce in modo significativo sulle prestazioni dei mattoni MgO-C; generalmente è richiesta grafite con un contenuto di carbonio maggiore del 95%, preferibilmente maggiore del 98%.
Oltre alla grafite, anche il nerofumo è comunemente utilizzato nella produzione di mattoni di magnesia-carbonio. Il nerofumo è un materiale carbonioso polveroso nero altamente disperso prodotto dalla decomposizione termica o dalla combustione incompleta di composti idrocarburici. Ha particelle fini (meno di 1 μm), ampia area superficiale, contenuto di carbonio del 90–99%, elevata purezza, elevata resistività elettrica, elevata stabilità termica e conduttività termica relativamente bassa, appartenente alla categoria del carbonio non-grafitizzante. L'aggiunta di nerofumo può migliorare efficacemente la resistenza alla scheggiatura dei mattoni MgO-C, aumentare il contenuto di carbonio residuo e migliorare la densità del mattone.
Legante
I leganti comuni utilizzati nella produzione di mattoni MgO-C includono catrame di carbone, pece di catrame di carbone, pece di petrolio, nonché resine carboniose speciali, polioli, resine fenoliche modificate con pece-, resine sintetiche, ecc. I leganti utilizzati possono essere classificati nei seguenti tipi:
Materiali basati sulla presentazione-. La pece di catrame di carbone è un materiale termoplastico con vantaggi quali forte affinità con la grafite e la magnesia, elevato tasso di carbonio residuo dopo la carbonizzazione e basso costo; era molto usato in passato. Tuttavia, la pece di catrame di carbone contiene idrocarburi aromatici cancerogeni, in particolare livelli elevati di benzopirene. A causa della crescente consapevolezza ambientale, l’uso della pece di catrame di carbone sta ora diminuendo.
Materiali a base di resina-. La resina sintetica è prodotta dalla reazione di fenolo e formaldeide. Può essere miscelato bene con particelle refrattarie a temperatura ambiente e ha un elevato tasso di carbonio residuo dopo la carbonizzazione, rendendolo il principale legante attualmente utilizzato per i mattoni MgO-C. Tuttavia, la struttura a rete vetrosa formata dopo la sua carbonizzazione non è ideale per la resistenza allo shock termico e alla resistenza all'ossidazione del materiale refrattario.
Materiali modificati a base di pece e resina. Se il legante può formare una struttura di carbonio e fibre di carbonio in-situ dopo la carbonizzazione, può migliorare le prestazioni alle alte-temperature del materiale refrattario.
Antiossidanti
Per migliorare la resistenza all'ossidazione dei mattoni MgO-C, vengono spesso aggiunte piccole quantità di additivi. Gli additivi comuni includono Si, Al, Mg, Al-Si, Al-Mg, Al-Mg-Ca, Si-Mg-Ca, SiC, B₄C, BN e i sistemi Al-B-C e Al-SiC-C riportati più recentemente. Il meccanismo degli additivi può essere grossolanamente suddiviso in due aspetti: uno è dal punto di vista termodinamico, dove alle temperature di esercizio, gli additivi o i loro prodotti di reazione con il carbonio hanno una maggiore affinità per l'ossigeno rispetto al carbonio, essendo quindi preferenzialmente ossidati e proteggendo il carbonio; l'altro è da una prospettiva cinetica, dove i composti formati da additivi che reagiscono con O₂, CO o carbonio modificano la microstruttura del materiale refrattario contenente carbonio-, ad esempio aumentando la densità, bloccando i pori e ostacolando la diffusione dell'ossigeno e dei prodotti di reazione.
