含碳耐火材料防氧化技术综述

摘要

以MgO或Al2 O3与鳞片石墨复合制备的含碳耐火材料具有优异的抗热震性、抗侵蚀性能,被广泛应用于浸入式水口、长水口、塞棒、滑板,以及具有控流和钢水净化作用的功能耐火材料部件和炼钢转炉、电炉、钢包内衬、冶金窑炉内衬等.同时,随着钢铁冶金等行业趋向于高效化和智能化,对含碳耐火材料的抗渣侵蚀性能和抗热震性能提出了更高的要求.而含碳耐火材料的损毁往往是从其中的石墨被氧化开始,碳的易氧化不仅消耗鳞片石墨资源释放温室气体,而且使含碳耐火材料的性能下降、使用寿命缩短.因此,含碳耐火材料防氧化技术的发展对钢铁冶金行业提质增效、资源环境保护具有重要的现实意义.然而,含碳耐火材料的原料组成复杂,使用过程中性能相互制约,在提高抗氧化性能的同时,导致含碳耐火材料的其他性能下降.因此,研究者们除了通过调整不同抗氧化剂的含量和粒径优化抗氧化性能外,主要从抗氧化剂的复合化和含碳耐火材料微观结构演变方面不断尝试,在提高含碳耐火材料抗氧化性能的同时,协同提高其抗渣侵蚀性能和力学性能.根据含碳耐火材料的氧化损毁机理,添加抗氧化剂法依旧是含碳耐火材料最常用的防氧化技术.金属抗氧化剂除了生成金属氧化物和碳化物阻止含碳耐火材料的氧化外,通过固相反应生成的陶瓷相产物还可以提高含碳耐火材料的力学性能和抗渣侵蚀性能,过渡金属和金属合金作为抗氧化剂还可以催化热解碳石墨化以及促进碳化物晶须的生成.碳化物抗氧化剂除了常见的碳化硅和碳化硼外,MAX相和Al与碳化物结合制备的复杂化合物不仅具有优异的抗氧化性能,还可以有效避免由金属碳化物水化导致的含碳耐火材料的开裂问题.含硼氧化物作为抗氧化剂不但可以生成致密的氧化层减缓氧气的渗透,而且容易通过离子迁移形成镁铝尖晶石.此外,纳米抗氧化剂和复合粉抗氧化剂更易于分散在含碳耐火材料基质中形成均质微观结构,从而改善其综合性能.本文综述了含碳耐火材料的氧化损毁机理,主要分析了金属、碳化物和含硼氧化物三种类型抗氧化剂的研究现状,着重阐述了抗氧化剂在反应机理、微观结构演变方面的研究进展,最后提出了含碳耐火材料防氧化技术新的研究方向.