含碳耐火材料是令人矚目的優(yōu)良耐火材料。鎂炭磚、鋁碳磚和鋁鎂炭磚等系列品種材料在鋼鐵工業(yè)中廣泛使用,風摩全世界,使富爐壽命得到了極大的提高。以樹脂和瀝青結(jié)合的含碳壓入料和含碳補爐料等不定形耐火材料得到了發(fā)展。瀝青和石墨的總含碳量<5%的合碳耐大澆注料在高爐出鐵溝和混鐵爐等熱工設備上,也得到了成功的應用。但是,含碳量大于5%的含碳耐火澆注料,仍處于探索階段,主要是理想的炭素材料鱗片石墨與水不浸潤,分散性較差所致。
在含碳耐火澆注料中,用樹脂等水溶性材料作結(jié)合劑,因其黏性太大,用量很多,方能流動和成型,致使?jié)沧⒘蠚饪锥?組織結(jié)構(gòu)不致密,難以抵抗熔渣的侵蝕；用土狀石墨等炭素材料與水混練時有較好的流動性和分散性,但其無定形結(jié)構(gòu)且含較多揮發(fā)分,影響澆注料的抗渣性和抗氧化性,得不到好的使用效果。當采用鱗片石墨作炭素材料時,必須對其表面進行改性處理,提高石墨的親水性和分散性,方能配制成功性能優(yōu)良的含碳耐火澆注料。
石墨表面改性處理的方法如下：
(1)表面活性劑法。采用有機物表面活性劑,利用其極性對石墨表面進行親水處理,但該活性劑不得與減水劑等外加劑發(fā)生化學作用,否則將惡化含碳耐火澆注料的性能。
(2)表面涂層法。采用三氯化鈦和四丁氫基鈦酸等水解沉積法,使石星表面吸附一層親水性的二氧化牧,經(jīng)
熱處理后形成二氧化鈦膜；也可以用鋁的酸鹽經(jīng)乙醇調(diào)制成溶膠,與石墨共磨后,經(jīng)干燥和500℃處理,使石墨表面涂上氧化鋁涂層。總之,可用各種溶劑處理石墨使其表面獲得親水性的涂層,以提高施工性能。
(3)高速撞擊法。高速撞擊法是采用具有良好潤濕性的氧化物和碳化物等材料,與石墨按比例混合后裝進沖擊式混合機中,物料在各種機械力的作用下,使石墨顆粒表面覆蓋一層氧化物或碳化物,從而提高其親水性,該方法成本低、易批量生產(chǎn),但濕拌料時間不宜太長,否則覆蓋在石墨表面親水顆粒會分離下來,影響施工性能。
(4)造粒法。采用鎂砂和石墨作耐火原料,用樹脂或中溫瀝青等料作結(jié)合劑,擠壓成型和低溫處理后破碎即為鎂炭顆粒。其石墨黏附在鎂砂顆粒表面,并被有機結(jié)合劑包裹,因此具有較好的親水。另外,用鎂炭磚破碎成顆粒料,也可作含碳耐火澆注料的原材料。
鎂炭質(zhì)耐火澆注料的主要性能,見下圖編號1和編號2采用MgO大于96.8%的中檔鎂砂作耐火管料,MgO大于96%的鎂砂作耐火粉料,C大于97%的鱗片石墨,用量為6%。
編號1和編號2所用的石墨,前者為表面涂層法處理,后者用撞擊法處理。
采用SiO2大于93%的Sio2超微粉作結(jié)合劑,并添加分散劑等；編號3~編號6采用C大97%的鱗片石墨,其用量約為7%,并分別進行表面涂層處理、造粒和破碎廢舊鎂炭磚帶進石墨,編號6用的石墨未進行處理。采用MgO大于97%的電熔鎂砂作耐火骨料,Mg0大于97%的中檔鎂砂作耐火粉料。采用SO2大于89%的SO2超微粉作結(jié)合劑、CA-80水泥作促凝劑并加分散劑。耐火骨料與耐火粉料的質(zhì)量比約為68:32.稱量各種原材料,加水攪拌3min左右,混合料均勻后成型。自然養(yǎng)護到期后,試樣進行烘干,中高溫時埋炭加熱,然后測其性能，如下。
由上可知編號6用的鱗片石墨未進行處理,與水不浸潤、密度小,易上浮,在料中也難以分布均勻。所以,與其余編號用處理過的石墨作耐火澆注料相比,如用量大,顯氣率高,各溫度下的強度低。也就是說,采用改性石墨作耐火澆注料,施工性能好和強度均有較大的提高,顯氣孔率降低,說明澆注料較致密。
鎂碳鎂質(zhì)耐火澆注料隨著加熱溫度的提高，強度都呈下降趨勢，應為在實驗溫度下石墨抑制料的燒結(jié)過程，阻礙了料的陶瓷結(jié)合。同時，鎂與石墨的線膨脹系數(shù)差異很大，產(chǎn)生的熱應力大，使二者分離，組織結(jié)構(gòu)疏松，導致高溫強度下降。鎂碳質(zhì)耐火澆注料在高溫長期使用時，將發(fā)生陶瓷結(jié)合和碳結(jié)合，較大地提高其強度和抗渣性能，在鋼包渣線部位使用比較廣泛。
文章版權來源：http://ahdstjd.com/（德仁耐材）