低碳镁碳耐火材料基质材料的优化
发布日期： 2020-07-20 11:50:32 阅读量（1854） 作者：
镁碳耐火材料的基质组成与结构对其抗热震性及抗渣侵蚀性有着决定性的作用。低碳镁碳耐火材料的低碳化，使得骨料颗粒与碳颗粒间的接触频率大大减小，碳颗粒不能在基质中形成连续相而分散不均匀，进而降低了耐火材料的抗热震性和抗渣侵蚀性等。但是，研究表明可以通过改变基质的种类、颗粒组成、粒度大小等来调控低碳镁碳耐火材料中的气孔形状、大小及分布，并借此来提高其抗热震性与抗渣侵蚀性。
Zhu 等利用纳米氧化石墨片、碳纳米管和炭黑等纳米碳源为原料来改善低碳镁碳耐火材料的基质组成，研究结果表明，与含有 10% ( w) 石墨的传统镁碳材料相比，基质中引入纳米碳管的低碳镁碳试样具有比传统镁碳材料更高的强度保持率和抗热震性。
王长明等以电熔镁砂、鳞片石墨、热固性酚醛树脂及金属铝粉等为原料制备了低碳镁碳耐火材料，并研究了镁砂临界粒度及粒度分布系数等对其常温物理性能、抗氧化性和抗侵蚀性等的影响。研究结果表明:
1) 随着镁砂临界粒度的减小，所制备的低碳镁碳耐火材料的体积密度逐渐增大，显气孔率以及线膨胀率逐渐减小; 抗氧化性逐渐增强。
2) 镁砂粒度分布系数的增大，有利于低碳镁碳耐火材料体积密度与耐压强度的提高，也有利于降低其显气孔率及线膨胀率。
3) 合适的镁砂粒度分布系数能显著改善其抗渣侵蚀性。因此，通过调整镁砂的临界粒径和粒度分布系数来优化其基质组成，可以达到改善低碳镁碳耐火材料性能的目的。
Zhu 等通过原位催化生成 MgO 晶须的方式来优化低碳镁碳耐火材料的基质，以电熔镁砂、镁铝尖晶石、金属铝粉和硝酸镍等为原料制备了基质中含有MgO 晶须的低碳镁碳耐火材料。研究结果表明，所制备的材料经1400 ℃高温热处理后，耐火材料的基质中原位生成了大量交叉成网络状结构的 MgO 晶须，显著改善了低碳镁碳耐火材料的物理性能。如表1所示。
表1 1400 ℃处理后镁碳试样的物理性能
综上所述，通过使用纳米碳源、调整合理的颗粒级配及在基质中原位生成 MgO 晶须等，能够对低碳镁碳耐火材料的基质进行优化，进而实现改善低碳镁碳耐火材料的抗热震性和抗渣渗透性等的目的。但是，这种方法对低碳镁碳耐火材料的性能改善有限，并不能从根本上解决其因碳含量降低所引起的各种问题。因此，如何调整基质的组成及显微结构，进而有效地改善低碳镁碳耐火材料的性能，尚有待于进一步深入研究。
低碳 MgO－C 耐火材料的抗热震性和抗渣侵蚀性等可以通过结合剂的纳米改性、基质组成与结构的优化及高效抗氧化剂的使用等来加以改善。纳米改性结合剂的使用，可以提高树脂的热稳定性和残碳率，进而提高材料的性能。但纳米材料的引入会增加生产成本，且纳米改性添加剂如何均匀地分散及界面相容性等问题限制了其大规模实际生产。通过优化低碳 MgO－C 耐火材料的基质结构，可以改善材料的力学性能、抗热震性及抗渣渗透性等，但这也存在着难以大量形成纳米基质、性能改善幅度有限等问题。高效抗氧化剂的使用可以极大地提高低碳镁碳耐火材料的抗氧化性能、抗热震性等，其缺点在于抗氧化剂的引入往往会消耗低碳镁碳耐火材料中的石墨，并在材料内引入新的杂质相，对耐火材料的高温性能不利。
作者：程 峰 王军凯 李发亮 张海军 张少伟
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