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提升镁碳砖高温抗折强度的三个方向

发表时间:2023-05-17 访问量:26060

镁碳砖在使用中除经受高温、氧化和熔渣侵蚀外,还需承受钢水的冲击和冲刷作用,这就需要镁碳砖具有较高的高温强度。高温抗折强度即成为了衡量镁碳砖高温强度的指标,也是镁碳砖中的重要研究方向之一。

影响其高温抗折强度的因素有很多,其中最主要的是镁碳砖的原料纯度、碳含量、结合剂、基质组成及组织结构等。原料纯度相对简单,镁砂的纯度高,结晶尺度大,则分布于方镁石晶界的低熔点物相含量较低,直接结合程度高,高温抗折强度要好些:石墨的纯度和含量的影响也一样。而关于基质组成、组织结构等方面的研究相对复杂,也是提升镁碳砖高温抗折强度最为集中的研究领域,其大致分为下面3个方向。

1、添加金属粉

在提升高温抗折强度方面,添加的金属粉主要有金属AI、S等。其作用机制主要包括:金属AI、Si等与镁碳砖中的石墨、树脂碳等反应生成AI43、SiC等,强化碳碳之间的结合,提升强度;@金属A1、Si等在镁碳砖中生成晶须.纤维等,强化材料基质:3)生成镁铝尖晶石等物相,改善陶瓷结合等。

王玉龙等发现随着金属Al的增加,低碳镁碳砖的高温抗折强度增加,并在添加质量分数为6%的金属A的镁碳砖结构中发现了较多的MgAlO和晶须,如图1。

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通过引入性质不同的金属Zn粉、Al粉,发现当金属添加质量比AI/Zn为1,且添加质量分数均为1%时,经1400C处理的试样的高温抗折强度更大。此时,伴随着金属炭化反应的膨胀量适中,基质骨料结合紧密目应力较小。在镁碳砖中,柱状或板状A4C3相互交错存在于骨料之间或堵塞试样内部的气孔中,增大了颗粒问滑移的阻力。因此,添加金属Al,生成了AI4C3,增强了镁碳砖的高温抗折强度。添加金属Si也同样可以增加镁碳砖的高温强度,但效果没有金属AI的显著。

2、原位生成碳化物、氨化物等晶须

镁碳砖高温抗折强度的提高常通过原位生成碳化物、氮化物晶须等实现。晶须一般是纳米或亚微米级的一维结昆材料,内部缺陷很少,强度和模量也接近晶体材料的理论值。同时,晶须在砖中的网状分布或在镁碳砖组织结构中的钉扎和锁固作用等也赋予了材料较好的强度。像伊竟广等发现添加金属Si粉和A粉的镁碳砖随着热处理温度的升高试样的高温抗折强度和热震后残余抗折强度都在增加,而1400°热处理后的试样抗折强度较大。通过对微观结构分析发现,在1400°C时砖内不但有针刺状AIN生成,且镶嵌在镁砂颗粒表面(如图2),还同时伴有大量的SiC晶须和针状的BSi3N4晶须生成(如图3)。如此微观结构,当材料受到外力作用时,应力可以通过界面层由基体传递给晶须,晶须使基体所受应力得以分散,降低了破坏作用。而当试样受热应力的作用而产生的裂纹尺寸比较小时,晶须则起到了桥连作用,抑制裂纹的继续扩张:当随着裂纹的增大,裂纹处的晶须进一步被破坏,晶须从基体中被拔出来而消耗能量,此时的拔出效应将赋予镁碳砖较高的高温力学性能。

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