碳復(fù)合耐火材料論文

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1、碳復(fù)合耐火材料***濮陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院河南濮陽457000摘要：本文概述了碳復(fù)合耐火材料的特性、常用耐火材料、在煉鋼中的使用及其發(fā)展。關(guān)鍵詞：碳復(fù)合耐火材料轉(zhuǎn)爐鋼包應(yīng)用性能發(fā)展防氧化1.前言隨著冶金及高溫工業(yè)的不斷發(fā)展，新型耐火材料制品也不斷推陳出新；與此同時隨著耐火材料質(zhì)量的提高及品種的日益完善，促進了冶金工業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域的進步。碳復(fù)合耐火材料是適應(yīng)冶金工業(yè)的需要，于70年代后期至80年代中期研制、開發(fā)、生產(chǎn)和推廣的一種新型復(fù)合耐火材料。碳復(fù)合耐火材料由于其優(yōu)良的使用性能從而使冶金工業(yè)發(fā)生了劃時代的巨變。耐火材料的使用性能與任何材料一樣，也是隨著原料質(zhì)量的提高、生產(chǎn)工藝

2、的改進等相關(guān)過程的不斷進步與完善而不斷提高的。2.概述定義：碳復(fù)合耐火材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的耐火氧化物和碳素材料及非氧化物材料為原料，用含碳有機物作為結(jié)合劑而制成的一種多相復(fù)合耐火材料。組成該材料的氧化物主要是MgO、Al2O3、ZrO2和MgAl2O4；碳主要是天然石墨;非氧化物是從Al、Si、Mg等金屬，Al-Si、Al-Mg類的合金以及SiC,B4C之類的碳化物等。用這些原料通過添加樹脂或瀝青等結(jié)合劑加以成形，而得到的由氧化物、碳、非氧化物以及結(jié)合劑所組成的復(fù)合耐火材料。碳復(fù)合耐火材料按顯微結(jié)構(gòu)分為陶瓷結(jié)合型與碳結(jié)合型兩大類。典型的陶瓷結(jié)合制品有燒成油

3、浸磚、黏土或高鋁石墨制品等。其結(jié)構(gòu)特點是通過高溫?zé)稍谀突鸩牧辖M分之間形成某種陶瓷結(jié)合，碳素材料填充在耐火材料顆粒之間或者氣孔內(nèi)。雖然燒成鋁碳滑板及浸入式水口等類耐火材料制品中也存在一些結(jié)合碳膜，但其主要結(jié)合形式為陶瓷結(jié)合，仍屬于陶瓷結(jié)合型碳復(fù)合耐火材料。碳結(jié)合耐火材料屬于不燒耐火材料，其生產(chǎn)工藝一般是先將結(jié)合劉和粗顆?；旌暇鶆?。使結(jié)合劑在粗顆粒表面形成一層薄膜，然后加入耐火材料細粉及石墨，混合均勻后成形。經(jīng)熱處理后，作為結(jié)合劑的樹脂固化形成一個固化樹脂框架把耐火材料組分和石墨結(jié)合起來。制品經(jīng)碳化后，樹脂框架被碳化而成為碳框架。顯然，碳框架的連續(xù)性及強度對制品的性質(zhì)有

4、很大影響。對耐火材料及石墨的浸潤性能好且殘?zhí)几叩慕Y(jié)合劑。會形成完整性好、強度高的碳框架。這種把耐火材料及石墨顆粒結(jié)合起來的碳被稱為結(jié)合碳，結(jié)合碳的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)與石墨碳不同，結(jié)合碳在顆粒周圍形成一層結(jié)合碳膜，此膜構(gòu)成一空間碳網(wǎng)絡(luò)將顆粒結(jié)合起來，石墨和耐火材料細粉位于粗顆粒之間。與單一的氧化物系耐火材料相比，含碳耐火材料具有以下一些優(yōu)點:(1)抗渣侵蝕性能好。(2)抗熱震性能優(yōu)良。對于單一的氧化物系耐火材料，在其使用過程中，與耐火材料表面接觸的熔渣會通過氣孔和顆粒界面進入耐火材料內(nèi)部，同耐火材料組分反應(yīng)并生成低熔點化合物，因而引起耐火材料的組織劣化和高溫強度降低。因此，使耐

5、火材料致密化，提高耐火材料的密度，盡可能減少其顯氣孔率，被認為是抑制熔渣向耐火材料內(nèi)部滲透的重要手段。但是，對于一般的氧化物系耐火材料來說，由于其熱膨脹系數(shù)高，熱導(dǎo)率低，過度致密化會帶來抗熱震性能下降。由于碳素具有難以被熔渣潤濕，熱導(dǎo)率高以及熱膨脹系數(shù)小等特點，因此，在氧化物系耐火材料中添加一定量的碳素材料后，會明顯改善耐火材料的抗渣侵性能和抗熱震性能。但是，含碳耐火材料也存在著明顯的缺點。主要是:(1)在高溫下容易氧化;(2)高溫強度低;(3)氧化物組分同碳素在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的，容易一發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使耐火材料組織產(chǎn)生劣化[5]。1.含碳耐火材料的發(fā)展含碳耐火材

6、料是以氧化物和碳素為主要原料、并以碳作為高溫結(jié)合相所制成的高溫復(fù)合材料。含碳耐火材料是伴隨著LD轉(zhuǎn)爐(氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐)的工業(yè)化而誕生并不斷發(fā)展起來的。由于LD轉(zhuǎn)爐是堿性轉(zhuǎn)爐，在冶煉過程中要造堿性渣進行脫磷、脫硫，因此，要求爐襯為堿性耐火材料。LD轉(zhuǎn)爐最初使用的內(nèi)襯材料是焦油結(jié)合白云石系耐火材料和穩(wěn)定性白云石系耐火材料。其中的焦油結(jié)合白云石系耐火材料為后來的MgO—C系耐火材料的研究和開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。對焦油結(jié)合白云石系耐火材料的研究發(fā)現(xiàn)，脫碳層是影響其使用壽命的關(guān)鍵因素，增加含碳量可以明顯提高耐火材料的抗渣侵性能。因此，后來開發(fā)了焦油結(jié)合含碳白云石系耐火材料，并成功應(yīng)用于

7、轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)。但是，20世紀60年代初期，由于開發(fā)了性能優(yōu)良的半穩(wěn)定性燒成白云石系耐火材料，而使焦油結(jié)合含碳白云石系耐火材料的研究和使用趨于停頓。由于半穩(wěn)定性燒成白云石系耐火材料中含有自由氧化鈣成分，容易吸水使耐火材料在運輸、儲藏以及間歇性生產(chǎn)過程中產(chǎn)生粉化、甚至破損。因此，通過向燒成白云石磚內(nèi)部浸入焦油或瀝青的方法，很好地解決了這一問題。同時，發(fā)現(xiàn)浸入焦油或瀝青后的耐火材料，其抗渣滲透性能明顯提高。當(dāng)時，鎂質(zhì)耐火材料作為電爐爐襯已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但由于其具有容易吸收熔渣、抗熱震性能差等缺點，而使鎂質(zhì)耐火材料的使用壽命受到極大的影響。因此，通過燒成白云石系耐