隨著社會的飛速發展,合金鋼、低碳鋼等鋼種的需求越來越大,對冶金耐火材料的要求也越來越高。鎂碳制品是冶金領域常用的堿性耐火材料,被廣泛用于轉爐爐襯、鋼包渣線等部位。低碳鎂碳制品(碳含量≤8%)可以降低其對鋼水滲碳量,緩解鋼水脫碳的壓力,在冶煉特種鋼時具有良好的應用前景。
抗熱震性差的耐火材料會因溫度變化導致材料表面和內部產生裂紋和縫隙,并且經鋼液沖刷后會加劇裂紋的擴張。經多次沖刷后耐火材料損毀就必須停工更換,影響生產。對于低碳鎂碳制品來說,碳含量的降低,抗折強度和彎曲模量提高,抗熱震性顯著降低,從而影響耐火材料的使用壽命。因此提升抗熱震性對延長低碳鎂碳制品的使用壽命,提高鋼廠冶金效率有著重要意義。
一、原料對鎂碳制品抗熱震性的影響
低碳鎂碳制品的原料通常為鎂砂和鱗片石墨,其中鎂砂是鎂碳制品的主體部分。鎂砂根據其處理方式和設備的不同可分為電熔鎂砂和燒結鎂砂。電熔鎂砂和燒結鎂砂也根據各自的純度分為不同的檔次。通常來說所用鎂砂的檔次越高,鎂碳制品的性能越好。同等檔次電熔鎂砂的抗渣性和抗熱震性均優于燒結鎂砂的,且隨著鎂砂檔次的提高,耐壓強度升高,線膨脹率降低。
鎂碳磚是由不同粒徑大小的鎂砂顆粒,按照一定的比例混合構成。鎂碳材料不僅僅與鎂砂種類和檔次有關,還與鎂砂的顆粒配比有關。減小臨界粒度,增大小顆粒鎂砂所占比例,有利于降低材料的熱膨脹系數,進而提高材料的抗熱震性。鎂砂臨界粒度降低有利于提高石墨、添加劑對顆粒的包裹。適當提高大、中顆粒鎂砂的占比會增強鎂碳材料的耐壓強度和抗侵蝕能力。
因此,單從抗熱震性方面考慮,選擇純度高、檔次高的鎂砂,低臨界粒度低、大顆粒占比高的配方制備出的低碳鎂碳材料的抗熱震性較好。
二、石墨對鎂碳制品抗熱震性的影響
鎂碳制品一般選用鱗片石墨為碳源,具有導熱性好、熱膨脹率低的優點。石墨在鎂碳制品中起到封閉氣孔、阻止熔渣侵蝕等作用。此外,石墨還可以潤滑鎂砂顆粒表面,減小其在壓制過程中大顆粒的損傷。
在抗熱震性方面,低碳鎂碳制品的抗熱震性與碳含量之間的關系接近線性關系。隨著碳含量的降低,抗折強度和彎曲模量提高,抗熱震性顯著降低。將鱗片石墨替換成人造石墨顆?;虿煌{米碳后,抗熱震性明顯提升。
石墨粒度大小也會影響制品抗熱震性。石墨粒度越細,其在制品中的分散度越高,抗熱震性越好。但石墨粒度減少會引起材料抗氧化能力下降,需要外加抗氧化劑。
用納米碳替換傳統鱗片石墨是提高低碳鎂碳制品抗熱震性常用的方法。納米炭黑具有極小的粒徑,還具有納米材料獨有的納米效應。納米炭黑可促進樹脂固化,將納米炭黑摻進酚醛樹脂中加入到鎂碳制品中,可以提高制品的力學強度和抗熱震性。但是加入過量的納米炭黑會使樹脂流動性變差,固化過程中產生很多氣孔,反而降低力學性能。
碳纖維也是常用的增韌材料,具有熱導率高、耐沖擊能力強等特點,將碳纖維外加入低碳鎂碳制品中,經高溫處理后的低碳鎂碳制品的高溫強度和抗熱震性能有明顯提高。但是過多加入碳纖維,會影響低碳鎂碳材料的抗氧化能力,從而導致低碳鎂碳制品的高溫強度和抗熱震性急劇下降。
抗熱震性是低碳鎂碳材料的重要性能,但一味地提升低碳鎂碳材料的抗熱震性可能會影響材料的其他性能,如抗氧化性、抗渣侵蝕性等。所以在研究低碳鎂碳材料的抗熱震性的同時還要考慮材料的其他性能。