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低碳鎂碳耐火材料基質材料的優化

發布日期: 2020-07-20 11:50:32    閱讀量(365)    作者:


鎂碳耐火材料的基質組成與結構對其抗熱震性及抗渣侵蝕性有著決定性的作用。低碳鎂碳耐火材料的低碳化,使得骨料顆粒與碳顆粒間的接觸頻率大大減小,碳顆粒不能在基質中形成連續相而分散不均勻,進而降低了耐火材料的抗熱震性和抗渣侵蝕性等。但是,研究表明可以通過改變基質的種類、顆粒組成、粒度大小等來調控低碳鎂碳耐火材料中的氣孔形狀、大小及分布,并借此來提高其抗熱震性與抗渣侵蝕性。

Zhu 等利用納米氧化石墨片、碳納米管和炭黑等納米碳源為原料來改善低碳鎂碳耐火材料的基質組成,研究結果表明,與含有 10% ( w) 石墨的傳統鎂碳材料相比,基質中引入納米碳管的低碳鎂碳試樣具有比傳統鎂碳材料更高的強度保持率和抗熱震性。

王長明等以電熔鎂砂、鱗片石墨、熱固性酚醛樹脂及金屬鋁粉等為原料制備了低碳鎂碳耐火材料,并研究了鎂砂臨界粒度及粒度分布系數等對其常溫物理性能、抗氧化性和抗侵蝕性等的影響。研究結果表明:

1) 隨著鎂砂臨界粒度的減小,所制備的低碳鎂碳耐火材料的體積密度逐漸增大,顯氣孔率以及線膨脹率逐漸減小; 抗氧化性逐漸增強。

2) 鎂砂粒度分布系數的增大,有利于低碳鎂碳耐火材料體積密度與耐壓強度的提高,也有利于降低其顯氣孔率及線膨脹率。

3) 合適的鎂砂粒度分布系數能顯著改善其抗渣侵蝕性。因此,通過調整鎂砂的臨界粒徑和粒度分布系數來優化其基質組成,可以達到改善低碳鎂碳耐火材料性能的目的。

Zhu 等通過原位催化生成 MgO 晶須的方式來優化低碳鎂碳耐火材料的基質,以電熔鎂砂、鎂鋁尖晶石、金屬鋁粉和硝酸鎳等為原料制備了基質中含有MgO 晶須的低碳鎂碳耐火材料。研究結果表明,所制備的材料經1400 ℃高溫熱處理后,耐火材料的基質中原位生成了大量交叉成網絡狀結構的 MgO 晶須,顯著改善了低碳鎂碳耐火材料的物理性能。如表1所示。

 1400 ℃處理后鎂碳試樣的物理性能

1  1400 ℃處理后鎂碳試樣的物理性能

綜上所述,通過使用納米碳源、調整合理的顆粒級配及在基質中原位生成 MgO 晶須等,能夠對低碳鎂碳耐火材料的基質進行優化,進而實現改善低碳鎂碳耐火材料的抗熱震性和抗渣滲透性等的目的。但是,這種方法對低碳鎂碳耐火材料的性能改善有限,并不能從根本上解決其因碳含量降低所引起的各種問題。因此,如何調整基質的組成及顯微結構,進而有效地改善低碳鎂碳耐火材料的性能,尚有待于進一步深入研究。

低碳 MgO-C 耐火材料的抗熱震性和抗渣侵蝕性等可以通過結合劑的納米改性、基質組成與結構的優化及高效抗氧化劑的使用等來加以改善。納米改性結合劑的使用,可以提高樹脂的熱穩定性和殘碳率,進而提高材料的性能。但納米材料的引入會增加生產成本,且納米改性添加劑如何均勻地分散及界面相容性等問題限制了其大規模實際生產。通過優化低碳 MgO-C 耐火材料的基質結構,可以改善材料的力學性能、抗熱震性及抗渣滲透性等,但這也存在著難以大量形成納米基質、性能改善幅度有限等問題。高效抗氧化劑的使用可以極大地提高低碳鎂碳耐火材料的抗氧化性能、抗熱震性等,其缺點在于抗氧化劑的引入往往會消耗低碳鎂碳耐火材料中的石墨,并在材料內引入新的雜質相,對耐火材料的高溫性能不利。

 

作者:程 王軍凱 李發亮 張海軍 張少偉

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