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  • 行業動態 / Industry dynamic

    低碳鎂碳磚的性能優勢及研究發展

    發表時間:2024-03-07 訪問量:2163

    低碳鎂碳磚

    在傳統工藝中,鎂碳磚的碳含量一般在14%-20%,碳的來源基本上都來自石墨。這是因為石墨耐高溫,質量損失小,體積膨脹和收縮程度小,對渣料的潤濕性差。傳統的鎂碳耐火材料在長期使用的過程中會逐漸暴露出以下方面的問題:

    (1)碳在高溫冶煉過程中容易被氧化,其氧化后在耐火材料中易形成多孔結構,降低了材料的強度,且導致材料易被熔渣侵蝕和滲透;

    (2)高熱導率使鋼水的溫度升高,帶走了更多的熱能,使耗能增加,并導致耐火材料的腐蝕情況變糟;

    (3)高熱導率使爐殼、冶金容器變形或損壞;

    (4)消耗大量寶貴的石墨資源,增加了CO2和CO的排放量;

    (5)作為VOD精煉爐和其他特殊轉爐的爐襯材料時,會使鋼水的碳含量增加,達不到低碳潔凈鋼的冶煉標準。

    因此,減少碳的使用量,制備低碳鎂碳耐火材料成為研究的必然趨勢。當前研究的低碳鎂碳磚的碳含量一般不高于8%,因為隨著碳含量的減少,會導致鎂碳磚的熱導率變小,彈性模量增大,熱震穩定性下降等。相比于高碳鎂碳磚,當碳含量降低以后,會使熔渣滲透進磚的孔隙中,導致鎂碳磚的抗渣抗腐蝕能力變差。如何在減少石墨使用量的同時保持鎂碳磚的優越性能,使其在煉鋼工業中占據不到的地位,成為當今世界國內外學者爭先研究的熱門問題。

    低碳鎂碳磚是不改變傳統的制備工藝,而減少鎂碳磚中的碳含量得到的性能優異的耐火材料。由于低碳鎂碳磚中石墨的用量減半,致使石墨具有的高熱導率、極小的熱膨脹系數和彈性模量等優勢發揮不出來,導致低碳鎂碳磚的熱穩定性和抗渣抗腐蝕性變差。所以,怎么不降低低碳鎂碳磚的熱穩定性和抗渣抗腐蝕性成為研究的關鍵。我們可以通過尋找性能更好的炭素原料來控制鎂碳磚的基質結構,達到提高低碳鎂碳磚的熱穩定性和抗渣抗腐蝕性的目的。良好的基質結構需要恰當的炭素顆粒來控制樣品內氣孔的組成、形狀、尺寸及分布情況:同時良好的基質結構可以在很大程度上影響材料的熱導率、熱膨脹系數和彈性模量,從而改善材料的抗氧化性、熱穩定性和抗渣抗腐蝕性。

    有學者使用納米碳作為碳源,在石墨中加入少量不同比例的納米碳,并使總碳量保持在傳統鎂碳耐火材料中總碳量的一半以下,制備了新型鎂碳耐火材料。研究表明,當0.9%納米碳和3%石墨混合時,耐火材料的性能達到更好值。因為納米碳能夠更均勻地分布在基質中,起到填充起始物料大小不一顆粒之間的縫隙以及納米碳內部的孔隙的作用,從而降低了耐火材料的顯氣孔率,增大體積密度、強度、耐侵蝕性等。此外,納米碳還能減輕耐火材料體積膨脹或收縮產生的應力,從而改善熱應力在耐火材料內部分布不均勻的情況,提高熱穩定性。由此方法制備的低碳鎂碳磚在降低碳含量的同時改善了耐火材料的性能,提高了磚的質量。

    將改性石墨加入到鋼包渣用鎂碳磚中,研究了改性石墨對鎂碳磚各項性能的影響。實驗結果表明,雖然加入0-1%的改性石墨會對鎂碳磚的體積密度產生不利影響,但是改性石墨在高溫下產生的體積膨脹能彌補磚的基質收縮,填充物料之間的孔隙,從而提高鎂碳磚的抗渣性。當加入0.8%的改性石墨時,鎂碳磚中骨料與基質的縫隙最小,抗渣性更好。

    使用環保煤瀝青替代石墨,以酚醛樹脂作結合劑,制備了不同溫度熱處理后的鎂碳磚,并檢測樣品的各項性能指標。實驗結果表明,隨著環保瀝青的逐漸加入,樣品的體積密度降低、顯氣孔率升高、線變化率變小,但耐壓強度顯著增大。通過顯微結構分析發現,高溫下,鎂碳磚中有纖維狀AlN和納米鎂鋁尖晶石產生,并且溫度越高越有利于該種結構生成。


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