يتكون طوب الكربون المغنيسيوم من أكسيد المغنيسيوم القلوي ذو نقطة الانصهار العالية (نقطة الانصهار 2800 درجة) ومواد الكربون ذات نقطة الانصهار العالية التي يصعب اختراقها بواسطة الخبث، مع إضافة العديد من الإضافات غير المؤكسدة. مادة حرارية مركبة من الكربون غير محترقة يتم تصنيعها عن طريق الجمع بين المواد الرابطة الكربونية. يتم استخدام طوب كربون المغنيسيا بشكل رئيسي في بطانة المحولات، وأفران القوس AC، وأفران القوس DC، وخطوط الخبث في مغارف الفولاذ، وأجزاء أخرى.
طوب كربون المغنيسيا، باعتباره مادة حرارية مركبة، يستخدم بشكل فعال مقاومة التآكل القوية لرمل المغنيسيا والموصلية الحرارية العالية والتمدد المنخفض للكربون، مما يعوض عن أكبر عيب وهو ضعف مقاومة التشقق لرمل المغنيسيا.
وتشمل خصائصه الرئيسية ما يلي: مقاومة جيدة لدرجات الحرارة العالية، ومقاومة قوية للخبث، ومقاومة جيدة للصدمات الحرارية، وزحف درجات الحرارة المرتفعة المنخفضة-.
عملية الإنتاج
مادة خام
تشمل المواد الخام الرئيسية لطوب MgO-C المغنيسيا المنصهرة أو الملبدة، ورقائق الجرافيت، والمواد الرابطة العضوية، ومضادات الأكسدة.
رمل المغنيسيا
يعتبر رمل المغنيسيا المادة الخام الرئيسية لإنتاج طوب MgO-C، والذي يمكن تقسيمه إلى مغنيسيا منصهرة ومغنيسيا ملبدة. بالمقارنة مع المغنيسيا الملبدة، تتمتع المغنيسيا المنصهرة بمزايا حبيبات الإسبنيل الخشنة وكثافة حجم الجسيمات العالية، وهي المادة الخام الرئيسية المستخدمة في إنتاج طوب كربون المغنيسيا. لإنتاج المواد المقاومة للحرارة المغنيسيا العادية، والمتطلبات الرئيسية للمواد الخام المغنيسيا هي قوة درجة الحرارة العالية والمقاومة للتآكل. ولذلك، يتم الاهتمام بنقاء المغنيسيا ونسبة C/S ومحتوى B2O3 في تركيبها الكيميائي. مع تطور الصناعة المعدنية، أصبحت شروط الصهر أكثر صرامة. لا يتطلب المغنيسيا المستخدم في طوب MgO-C المطبق في المعدات المعدنية (المحولات والأفران الكهربائية والمغارف وما إلى ذلك) كثافة عالية وبلورة كبيرة فقط من حيث التركيب الكيميائي، ولكن أيضًا من حيث الهيكل التنظيمي.
مصدر الكربون
سواء في طوب MgO-C التقليدي أو طوب MgO-C منخفض الكربون المستخدم على نطاق واسع، يتم استخدام رقائق الجرافيت بشكل أساسي كمصدر للكربون. الجرافيت، باعتباره المادة الخام الرئيسية لإنتاج طوب MgO-C، يستفيد بشكل أساسي من خصائصه الفيزيائية الممتازة: ① عدم قابلية البلل للخبث. ② الموصلية الحرارية العالية. ③ التمدد الحراري المنخفض. بالإضافة إلى ذلك، فإن الجرافيت والمواد المقاومة للحرارة لا تخضع للانصهار عند درجات حرارة عالية، مما يؤدي إلى درجة حرارية عالية. لنقاء الجرافيت تأثير كبير على أداء طوب MgO-C. بشكل عام، يجب استخدام الجرافيت الذي يحتوي على محتوى كربون أكبر من 95%، ويفضل أن يكون أكبر من 98%.
بالإضافة إلى الجرافيت، يستخدم أسود الكربون أيضًا بشكل شائع في إنتاج طوب كربون المغنيسيا. أسود الكربون عبارة عن مادة كربونية مسحوقية سوداء متناثرة للغاية يتم إنتاجها عن طريق التحلل الحراري أو الاحتراق غير الكامل للهيدروكربونات. جزيئات أسود الكربون صغيرة (أقل من 1 ميكرومتر)، مع مساحة سطح محددة كبيرة، وجزء من كتلة الكربون يبلغ 90-99%، ونقاء عالي، ومقاومة عالية للمسحوق، وثبات حراري عالي، وموصلية حرارية منخفضة، مما يجعل من الصعب تحويل الكربون إلى الجرافيت. يمكن أن تؤدي إضافة أسود الكربون إلى تحسين خصائص مقاومة التجريد لطوب MgO-C بشكل فعال، وزيادة محتوى الكربون المتبقي، وزيادة كثافة الطوب.
الموثق
تشتمل المواد الرابطة شائعة الاستخدام لإنتاج طوب MgO-C على قطران الفحم، وزفت قطران الفحم، والأسفلت البترولي، بالإضافة إلى الراتنجات الكربونية الخاصة، والبوليولات، والراتنجات الفينولية المعدلة بالأسفلت، والراتنجات الاصطناعية، وما إلى ذلك. هناك عدة أنواع من المواد الرابطة المستخدمة:
1) المواد الأسفلتية. أسفلت القطران عبارة عن مادة لدنة بالحرارة ذات قابلية عالية للجرافيت وأكسيد المغنيسيوم، ومعدل كربون مرتفع بعد الكربنة، وتكلفة منخفضة. وقد تم استخدامه على نطاق واسع في الماضي؛ ومع ذلك، يحتوي طبقة القطران على هيدروكربونات عطرية مسرطنة، وخاصة المستويات العالية من البنزو [ب] بيرين؛ ونظرًا لتعزيز الوعي البيئي، فإن استخدام قطران القطران آخذ في التناقص الآن.
2) المواد القائمة على الراتنج. يتم إنتاج الراتينج الاصطناعي عن طريق تفاعل الفينول والفورمالدهيد، ويمكن مزجه جيدًا مع الجسيمات المقاومة للحرارة في درجة حرارة الغرفة. بعد الكربنة، يكون معدل الكربون المتبقي مرتفعًا، وهو حاليًا المادة الرابطة الرئيسية المستخدمة في إنتاج طوب MgO-C؛ لكن هيكل الشبكة الزجاجية الذي يتكون بعد الكربنة ليس مثاليًا لمقاومة الصدمات الحرارية ومقاومة الأكسدة للمواد المقاومة للحرارة.
3) مادة يتم الحصول عليها عن طريق تعديل الأسفلت والراتنج. إذا كان الرابط قادرًا على تكوين هياكل مدمجة-ومواد من ألياف الكربون في الموقع بعد الكربنة، فسيؤدي هذا الرابط إلى تحسين-أداء درجة الحرارة العالية للمواد المقاومة للحرارة.
مضاد للأكسدة
من أجل تحسين مقاومة الأكسدة لطوب MgO-C، غالبًا ما تتم إضافة كميات صغيرة من المواد المضافة. تشمل الإضافات الشائعة Si، Al، Mg، Al Si، Al Mg، Al Mg Ca، Si Mg Ca، SiC، B4C، BN، وأنظمة Al-B-C وAl-SiC-C التي تم الإبلاغ عنها مؤخرًا. يمكن تقسيم مبدأ عمل المواد المضافة تقريبًا إلى جانبين: من ناحية، من منظور ديناميكي حراري، أي عند درجة حرارة العمل، تتفاعل المواد المضافة أو المواد المضافة مع الكربون لإنتاج مواد أخرى، والتي لها صلة أكبر بالأكسجين من الكربون والأكسجين، ولها الأولوية على أكسدة الكربون لحماية الكربون؛ من ناحية أخرى، من منظور حركي، يمكن أن تتفاعل المواد المضافة مع O2 أو CO أو الكربون لإنتاج مركبات تغير البنية المجهرية للمواد الحرارية المركبة من الكربون، مثل زيادة الكثافة، وسد المسام، وإعاقة انتشار الأكسجين ومنتجات التفاعل.
