镁碳砖是日本作为电炉应用而开发的，首次应用在转炉的实验在1970年开始的，经过6年正式推广使用，1977年川崎钢铁公司在转炉炉底和风口首次使用树脂结合的镁碳砖，开创了含石墨的复合耐火材料在转炉应用的先例。沥青结合的镁碳砖由西欧兴起的，通常的镁碳砖是有镁砂和鳞片状石墨中作为结合剂添加了热固性树脂，加入或不加防氧化剂的不烧砖。近几十年来，由于日益苛刻的冶炼条件和不断变化钢铁冶炼生产技术，对镁碳质耐火材料提出了较高的要求，主要集中在改进工艺，提高质量和使用效果，并已取得了良好效果。下文是镁碳砖原材料的选择，供参考！

1、石墨

   石墨具有一种层状的结构，层内原子以强的共价键六边形排列组合到一起，层与层之间是范德华力，使其具有较强的方向性即明显的各向异性，层内及整个表面含有较低的能量，几乎不润湿液态高温熔渣和钢水。石墨具有很高的热稳定性而不熔化，离子迀移是很有限度的，镁碳砖中氧化镁之间的离子结合和石墨的共价键结合之间不可能再结合，因此，需要第二项的结合剂，形成网络结构而获得较大强度，然而其在边界上有自由价键，可以吸附各种物质。鳞片状石墨较其他碳制品具有较高的抗氧化性，而这种抗氧化性也赋予的镁碳砖的抗磨性能的提高。

   鳞片状石墨的纯度和加入量对镁碳砖的性能起着极为重要的影响。它的适量加入能够有效的抑制炉渣侵入耐火材料组织内部，研究表明，碳含量为15%的镁碳砖具有较好的抗渣侵蚀性能。直接影响镁碳砖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、形状以及挥发分等。加入量越多，带入的灰分也越多，石墨的纯度影响着镁碳砖的抗剥落性能和高温抗折强度的大小，灰分的主要成分是二氧化硅，其次是氧化铝和氧化铁在操作温度下，氧化硅和氧化铁容易被还原并在使用过程中使石墨氧化，所以对镁碳砖特别有害。随着碳含量的提高，镁碳砖的体积密度降低、常温强度降低、抗侵蚀指数急剧下降，高温抗折强度影响不显著，但抗剥落性能有所增加，总之石墨的适宜加入量与炉子的种类、使用不同部位以及各自的操作条件有关，通常根据镁碳砖的使用条件是强调耐蚀性或者热震稳定性能，还是要求高强度或者抗氧化能力来确定。

2、镁砂的种类

   生产中的镁砂主要有三种：海水镁砂、烧结镁砂和电熔镁砂。

   海水镁砂：海水镁砂的生产始于1855年。海水镁砂的优点是纯度高，MgO含量在95%之上，化学成分易于调节，颗粒体积密度高达3.30〜3.49g/cm3。

   烧结镁砂：高级烧结镁砂是以镁砂、白云石砂、铬粉及方镁石而组合成的制品。高级材料的特性为：MgO含量在96〜99%之间，体积密度在3.40g/cm3以上。钢厂使用的镁碳砖，主要是用沥青结合的或树脂结合的镁碳砖，用于吹氧转炉和电炉的高蚀损部位.

   电熔镁砂：所谓电熔，是指在电弧炉中经高温电弧熔融而成的，它的原料可以是特级天然菱镁矿原矿，也可以是高纯的轻烧氧化镁。电熔镁砂具有其它镁砂无法比拟的优势，极高的耐高温性能，体积密度大、显气孔率极低，结构致密，化学稳定性高、强度大，具有一定的绝缘性，耐磨损冲刷，耐熔渣腐蚀。现已广泛应用于高温隧道窑的高温烧成带、感应炉、电弧炉、转炉的高温易损毁部位及水泥回转窑上下过渡带、烧成带等，玻璃熔窑的高温烧成带上。

   高品位的电熔镁砂晶粒基本大于80μm，晶粒之间为直接结合，因此硅酸盐相少、晶界少;而烧结镁砂的晶粒基本在60μm—下，晶粒间直接结合程度较差，晶粒之间由低熔点的硅酸盐相填充，因此抗侵蚀性能较差。因此现在大多数的镁碳砖生产厂家都用电熔镁砂而不用烧结镁砂就是这个原因。

3、结合剂的种类

   可以作为镁碳砖结合剂的物质归纳起来有以下几种：煤系焦油、沥青、石油系沥青。传统的沥青结合镁碳砖价格便宜，使用可靠，残炭率高，石油沥青对氧化镁有较强的亲和性，但由于成型后石墨的弹性后效以及热处理是镁碳砖体积膨胀，砖体不致密，后来开始使用热固性酚醛树脂，获得良好的坯体强度，抗氧化性能和热震性能都有所提高。酚醛树脂在热处理过程中最终形成高分子连锁的玻璃碳，酚醛树脂的固相碳化结构，一般呈现光学各项同性的玻璃态结构，沥青、焦油液性碳化的碳，因液相粘度高，无法流动状态，呈镶嵌结构，树脂是在高温下形成液相层叠之前就固化了，形成了等方向性碳，而等方向性碳与异方向性碳相比，前者收缩90%，后者收缩5%，结果形成高强度致密性碳。当用沥青与酚醛树脂混合碳化时，会在碳化组织的界面形成镶嵌式结构，选用恰当的比例，会呈现完整的镶嵌式结构，结合强度大，而热塑性酚醛树脂则不会提高残碳率。

4、抗氧化剂的反应机理

   镁碳砖防氧化的方法有三种：一是外涂防氧化剂，在低温下形成玻璃态物质防止碳的氧化，但高温下失去作用。二是致密化，改变颗粒尺寸、结合剂以及加大成型压力的方法。三是加入少量比氧更易氧化的金属或非金属化合物添加剂来抑制碳的氧化。如:铝、硅、镁、钙等，或者铝镁、硅镁钙、铝镁钙等二元或三元合金代替金属，还有利用碳化硅、碳化硼、硼化钙以及二氧化钛等化合物也可以起到防止碳氧化的作用。抗氧化剂在较低温度下导致产生细小的气孔，降低镁碳砖的透气性，从而阻止氧的进入，高温下还能增强砖的高温强度，使用混合金属与单独使用金属强度更高，添加的金属铝、硅粉在1000度〜1400度之间形成多种反应产物，填充碳氧化后剩余的气孔，从而改善高温强度及提高抗氧化性能。在1120K添加金属铝的砖体高温强度低于添加金属硅和铝的高温强度，而在1568K则相反，但其抗水化能力随着硅的增加而降低。

   添加碳化硅可以提高其抗氧化性能，但加入量过多，则降低其抗侵蚀性能。高温下更加明显。加入二氧化钛是基于高炉中增加铁水的粘度，从而提高耐蚀性，但在转炉中不明显。

   添加金属钙粉可以提高镁碳砖在低温与中温区的抗氧化性能，反应生成的金属镁可再氧化生成二次方镁石，大幅度提高镁碳砖在氧化环境下的耐腐蚀性，由于残余膨胀低，提高了体积稳定性，因此在出钢口与渣线部位使用效果良好。