三石矿物在含碳耐火材料中的应用
发布日期： 2017-12-22 00:00:00 阅读量（433） 作者：上海宝钢建设之初，宝钢在钢包上、下滑板，使用的主要原料有硅线石，以提高滑板的耐侵蚀、耐磨性、耐剥落性。近几年，武汉科技大学李亚伟专题组，在含碳耐火材料中引入三石，以提高其微气孔化率，取得明显成效，这就拓宽了三石的应用领域。三石不仅在Al2O3-SiO2系材料中，而且在含 碳材料中都有用场。
利用三石在不同温度下分解形成莫来石相和非晶态二氧化硅的特点，引入到含碳耐火材料中，他们认为可以调节材料的孔结构和导热性能。下面以炭砖为例进行介绍。
炭砖以炭素骨料、石墨、硅粉等为主要原料，经混练、成型、焙烧等工序制成的碳质耐火材料。当向炭砖中分别引入6%的0.074mm三石细粉时，炭砖的孔结构变化见表1。经过1400℃焙烧后，炭砖的平均孔径减小，小于1μm孔容积率增大，尤其是硅线石作用明显。若选择分解温度更低的蓝晶石或红柱石为原料，则在1300℃焙烧既可获得更小的平均孔径和更高的小于1μm孔容积率。因此，通过三石种类的选取与调配，在较宽温度范围内均可以实现炭砖的高微孔化。
表1添加三石细粉炭砖的孔径分布
除三石种类外，三石含量对炭砖孔结构也会产生重要影响。以红柱石为例，随着红柱石加入量的增加，炭砖的平均孔径减少而小于1μm孔容积率增大(见图1)。未加入红柱石的炭砖中，晶须量少，且晶须末端存在大量SiO2球;随红柱石加入量的增加，晶须的数量明显且相互交织在一起形成网络结构(见图2)。三石的分解，一方面可以填充部分气孔;另一方面分解出的SiO2与Si或 C反应生成更多晶须，可进一步填充气孔。
图 1 碳砖的孔结构与热导率的关系
图 2 含红柱石炭砖试样经1400℃焙烧后的断口形貌
炭砖热导率与其孔结构之间存在密切联系。三石细粉的引入能在一定程度上降低炭砖的热导率。图3给出的是含红柱石炭砖经1300℃和1400℃焙烧后的热导率变化。随红柱石加入量的增加，炭砖中小于1μm孔容积率增加，其热导率下降，这是因为材料中孔径尺寸接近气体分子自由程时，材料中的热对流将大幅下降。因此，通过三石种类、含量及焙烧温度的优化，在实现高微孔化的同时将进一步降低炭砖的热导率。
图3 含红柱石炭砖经1300℃和1400℃焙烧后的热导率
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