石墨含量对镁碳砖抗氧化性能的影响

2019-12-19陈文薛俊海

商品与质量 2019年36期

陈文薛俊海

辽宁省检验检测认证中心（辽宁省产品质量监督检验院）辽宁沈阳 110000

相关研究表明，镁碳耐火材料中石墨含量的增加能够提高其抗热震性及抗渣侵蚀性能，但石墨容易发生氧化，对镁碳砖的气孔有一定的影响，并且气孔率是随着石墨含量的增加而增加的，在一定程度上易导致抗蚀性降低或是材料以及结构出现问题。因此有必要加大对镁碳耐火材料的抗氧化的研究，基于此，本文对不同含有不同石墨量的镁碳砖的抗氧化性能进行分析。

1 具体实验

1.1 所需原料以及试验方法

本实验采用的主要原料为镁砂和天然鳞片石墨，并且按照一定的标准进行选择，另外选择树脂作为本次实验的结合剂来制备镁碳砖。另外主要的原料含量是不同的，其中氧化镁的含量分别为95wt%、90wt%、85wt%、80wt%，而石墨含量则是递增的，分别对应为5wt%、10wt%、15wt%、20wt%，树脂作为结合剂，其含量不变，固定为+4wt%[1]。

镁碳砖试样的制备需要根据一定的步骤，首先需要将树脂放置在镁砂的表面，以提高均匀性，按照先后顺序再加入氧化镁细粉和石墨，将其充分融合，且没有团聚现象存在。后将镁碳砖原料经过压样试验机压制成固定圆柱形试样，并保压10分钟左右。最后在250摄氏度的干燥箱中放置成型的镁碳砖试样，并持续放置12小时。

1.2 实验具体过程与性能检测

首先对于镁碳砖试样进行碳化实验，将镁碳砖试样盛放于实验所需的刚玉坩埚中并放置在电阻炉中，此外将电阻炉的温度升至到900摄氏度，期间升温速率保持在5摄氏度，最好进行1小时的保温工作，在试验中，为了避免镁碳砖试样出现氧化，采用的是氩气对其进行保护。在进行氧化试验之前，需要对已经制备好的镁碳砖进行切割，使其是30＊30＊30mm的立方体。在对镁碳砖进行氧化时，氧化温度分别设置为1000摄氏度和1400摄氏度，并对镁碳砖进行4小时的保温工作。氧化试样在冷却之后就可以测量氧化层的厚度，此时将氧化后的镁碳砖切开进行测量[2]。

2 结果与分析

通过本次实验表明，镁碳砖的石墨含量和镁碳砖体积密度以及气孔率之间存在一定的影响和关系，当石墨含量变小，气孔率相应也会减小，而镁碳砖的体积密度则会变大。例如，在本次研究中，将石墨含量从5%加到20%，镁碳砖试样的体积密度明显降低，从3.09g·cm-3下降为2.92g·cm-3。因此，镁碳砖试样的体积密度主要受两个因素的影响，一是气孔率的变化，二是石墨本身比氧化镁的密度更低。镁碳砖在进行碳化前后的体积密度均是不同的，在碳化达到900摄氏度时，碳化后的镁碳砖体积密度明显低于碳化前，并且气孔率明显升高，具体在上升到10%以上。另外在对镁碳砖试样进行氧化时，本次研究选取了两种不同的氧化温度，分别是1000摄氏度和1400摄氏度，经过试验后发现，对镁碳砖进行1000摄氏度的氧化其脱碳层的厚度明显较低于对镁碳砖进行1400摄氏度氧化的脱碳层厚度。由此可知，温度明显了镁碳砖试样的氧化速度，并且两者是成正比的关系，温度越高，则说明氧化速度越快，进而导致镁碳砖更容易氧化，并且较为氧化较为严重。另外通过本次试验可以发现，石墨的含量是影响镁碳砖试样脱碳层厚度的另一主要因素，石墨含量越高，脱碳层厚度则会较低，但在试验过程中发现石墨含量为10%时，对脱碳层的影响不是很大。

通过试验可以分析出，石墨氧化率与脱碳层的变化具有相对统一性和一致性，石墨含量越少，石墨氧化率就会降低，并且氧化温度在对石墨氧化率也有一定的影响，氧化温度越高，石墨氧化率相应也越高。而镁碳砖的氧化率与石墨含量之间存在重要的联系，石墨含量越小，而镁碳砖氧化率就越小。如镁碳砖试样的含量为5%时，其氧化率达到了20%及以上。而当石墨含量增加到最大即就是20%时，氧化率下降到了10%左右。而具有10%的石墨含量，镁碳砖试样的氧化率有较小的变化[3]。