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提高Al2O3-C質耐火澆注料的抗渣性和抗氧化性的幾種方法

發布日期: 2019-05-25 09:12:37    閱讀量(282)    作者:

當碳成為耐火澆注料的主要組分時,由于碳特別是鱗片狀石墨與水的不浸潤性(疏水性),所以耐火澆注料中碳含量增加會使其用水量顯著增加,進而導致耐火澆注料的氣孔率和強度等--系列性能劣化。因此,含碳耐火澆注料中碳的配入量受到限制。一般局限于以下的碳配入量,而且較多地采用浙青、焦炭粉、石油焦、炭粒和炭黑等與水浸潤性相對較好的炭素材料。為了提高Al2O3-C質耐火澆注料的抗渣性和抗氧化性,認為需要選用石墨特別是鱗片狀石墨作為碳源,但要預先對石墨進行親水處理,有以下幾種方法可供選擇:

(1) 表面活性劑的親水處理。

用水作為石墨分散質是將一種有機聚合高分子表面活性劑溶入其中,對石墨進行一定時間的浸泡使其表面吸附一層親水的該表面活性劑薄膜,最后在特定溫度下干燥處理,從而使石墨表面具有親水的特性。

也可以應用溶膠-凝膠涂覆技術,使氧化物涂覆在石墨表面上,提高石墨的親水性,這有以下幾種方法:

1)借助于水中Al(OC3H7)2(C6H9O3)等水解,制備氧化鋁凝膠。石墨和不同量的凝膠在混合機中以2000r/min旋轉5min,然后在1100℃×3h下干燥,再加熱到500℃,使凝膠轉變為氧化鋁涂層。

2)在相同的旋轉混合機中將石墨和不同量的烷氧基鈦[Ti(OC4H9)9]混合,在空氣中加熱,在石墨表面的烷氧化物和常壓水反應,形成TiO2涂層。

3)通過控制氯氧化鋯(ZrOCl2·8H2O)水溶液的水解制備ZrO2涂層。為了解決ZrO2對石墨濕潤性低的問題,則向溶液中加入PVA以強化Ti4+離子的吸附。

(2)表面涂層改性。

主要有以下幾種重要方法:

1)化學蒸氣沉積(CVD)SiC涂層技術;

2)Si和C直接反應法;

3)高速撞擊法。

(3)將相應的濕潤劑同石墨混合,并將該混合料擠壓或者造粒以及將廢Al2O3-C磚破碎所獲得的廢Al2O3-C磚料粒等用于生產AI2O3-C質耐火澆注料時可有效降低其需水量。

表1示出了一種石墨顆粒的性能,說明將石墨聚集成塊可大大改善其親水性。并且,石墨顆粒的氣孔率也不高,體積密度比石墨粉高得多,與碳化硅、剛玉等原料的密度相比相差不大。這樣,石墨顆粒與其他原料攪拌和成型時不會因為密度差別很大而產生顆粒偏析的問題。

表1石墨顆粒的性能

表2歸納了含碳的Al2O3-C質耐火澆注料的主要技術內容,可作為我們設計含碳的Al2O3-C質耐火澆注料時的參考。

表2含碳耐火澆注料的主要技術內容

姚金甫和田守信等以表1中的石墨顆粒為主原料,配成含碳的Al2O3-C質耐火澆注料,其性能指標如表3所示[抗渣試驗采用坩堝法(侵蝕劑為中間包渣)]。

從表3看出,Al2O3-C質耐火澆注料中隨C含量的增加,用水量提高,氣孔率上升,強度也隨之降低。但通過采取一些措施,卻可使碳含量為20%的Al2O3-C質耐火澆注料經高溫燒成后,其強度也可達到較好的水平。

表3高碳含量耐火澆注料的性能

圖1示出了碳含量與Al2O3-C質耐火澆注料侵蝕指數之間的關系,以含碳量為20%的Al2O3-C質耐火澆注料的耐侵蝕性相對較好,當Al2O3-C質耐火澆注料中碳含量為23%時,其耐侵蝕性卻下降了,原因可能是由于成型時需要較多的用水量,導致氣孔率提高了,熔渣容易浸透材料內部而加快了侵蝕過程。這也說明,為了有效發揮高碳含量Al2O3-C質耐火澆注料抗侵蝕性好的優點,必須設法控制和減少其氣孔率。

圖1碳含量與抗侵蝕性的關系

由此看來,采用石墨顆粒來降低Al2O3-C質耐火澆注料的用水量是很有效的,其不足之處是石墨顆粒是以毫米級大小加入的,在微觀上難以達到石墨的均勻分布。因此,其抗侵蝕性和機械強度不會太理想另外,石墨顆粒本身的密度較低(表1),高的殘存氣孔率會導致最終的Al2O3-C質耐火澆注體中高的不規則氣孔分布。

圖2 Al2O3(-SiO2)-C質耐火澆注料煅燒后的永久線性變化

1-在空氣中;2-在氬氣中

體積穩定性是耐火澆注料使用中的一個重要指標,圖2示出了Al2O3-C質耐火澆注料(4%C)分別在空氣和氬氣環境中的電爐內以不同的溫度燒成后的永久線變化率(PLC),表明該類耐火澆注料的PLC有隨溫度升高開始上升而后下降的趨勢,并在約1000℃(1830℃)時出現一些收縮。

上述情況說明,為了提高Al2O3-C質耐火澆注料的使用性能,需要對碳源種類進行仔細選擇,而且應對炭素材料的配入量進行相應控制。

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