Mattoni di magnesio-carbonio contro l'ossidazione
Il mattone di carbonio di magnesia è un materiale composito di sabbia di magnesia e carbonio, in cui la grafite è la chiave per inibire la penetrazione delle scorie e la resistenza all'erosione, mentre il carbonio in resina costruisce la resistenza strutturale del mattone di carbonio di magnesia; Tuttavia, indipendentemente dal carbonio in resina o dalla grafite, la sua più grande debolezza è facile da ossidare. Pertanto, gli antiossidanti sono stati l'hotspot e il focus della ricerca dopo la comparsa di mattoni di carbonio di magnesio.
Esistono due modi principali per ossidare il carbonio nei mattoni di magnesio-carbonio, uno è l'ossidazione del carbonio mediante componenti in fase gassosa e l'altro è l'ossidazione dei componenti ossidati in scorie o acciaio. I componenti ossidati nelle scorie o in acciaio sono principalmente (FExO) e [o], ecc.; Questa ossidazione si verifica insieme all'infiltrazione della corrispondente fase liquida nel mattone di magnesio-carbonio, come mostrato negli Eq. (1) e (2): l'ossidazione del carbonio nel mattone di magnesio-carbonio dai componenti in fase gassosa delle scorie o dell'acciaio è principalmente dai componenti ossidati nelle scorie o in acciaio, come (FexO) e [o].
FexO+C → Fe+Co (1)
MnO+C → Mn+Co (2)
L'antiossidante è impedire l'ossidazione della grafite nelle fasi di gas e liquido. Attualmente utilizzati nei mattoni di carbonio di magnesio gli antiossidanti sono principalmente metalli e non metal. Gli antiossidanti metallici includono principalmente Al, Si, al-MG, ecc., Sebbene quelli non metallici includano principalmente B4C, ZRB2, Sic, ecc.
L'antiossidante in metallo più utilizzato è la polvere di metallo al, che prima reagisce con il carbonio per generare Al4C3ad alta temperatura e Al4C3Reagisce con CO (G), ecc. Il meccanismo specifico è il seguente:
4al +3 c=al4C3 (3)
2al +3 co=al2O3+3C(4)
Al4C3+6 co =2 al2O3+9C (5)
Al2O3+Mgo=mgo · al2O3(6)
Con la partecipazione di Metal Al o Al4C3Nella reazione, la pressione parziale dell'ossigeno nel mattone diminuisce e la grafite, ad esempio, è protetta. Il meccanismo di protezione da ossidazione del metallo Si è simile.
L'effetto antiossidante del metallo Al è migliore, che proviene principalmente da due fonti, una, la riduzione della pressione parziale dell'ossigeno nei mattoni di magnesio-carbonio da parte delle Eq. (3) ~ (4); e due, l'effetto di espansione del volume dell'Eq. (6) Reazione, che densifica la struttura dei mattoni di magnesio-carbonio. E allo stesso tempo, l'Eq. (3) ed Eq. (6) realizza anche una maggiore resistenza alla flessione ad alta temperatura dei mattoni di magnesio-carbonio, motivo per cui la maggior parte dei mattoni di magnesio-carbonio adottano la polvere di metallo come antiossidante; Tuttavia, perché l'Eq di reazione. (3) è accompagnato da un grande effetto volumetrico, la quantità di metallo aggiunta in mattoni di magnesio-carbonio è generalmente inferiore al 3%. L'effetto volume di SI metallico nel processo antiossidante è relativamente piccolo, ma il SI metallico riduce le prestazioni ad alta temperatura del materiale a causa della generazione di m2S (2Mgo · SIO2) e così via dal SIO2generato dall'ossidazione.
La polvere di si metallica oltre a reagire con il carbonio per generare SIC, ma può anche formare baffi di fibre SIC caricate, migliorando così la resistenza, quindi, come antiossidante di mattoni di magnesio-carbonio, generalmente sono polvere di metallo e polvere Si. Nella progettazione di nuovi mattoni di carbonio di magnesio della linea delle scorie, rispettivamente hanno aggiunto la polvere di metallo e la polvere SI come antiossidante, la sua durata di servizio è superiore ai tradizionali mattoni di carbonio di magnesio della linea di scorie originali. Dal punto di vista microstrutturale dell'aggiunta di AL, Si e altri mattoni di carbonio di magnesio per osservare e discutere e con l'analisi termodinamica del meccanismo anti-ossidazione.
Per quanto riguarda altri antiossidanti a base di metallo, comunemente usati sono leghe MG-AL e così via. Zhang Jin e Zhu Boquan hanno aggiunto polvere in lega MG-AL come antiossidante nei mattoni di carbonio a bassa carbonio, il meccanismo d'azione della lega MG-AL è simile a quello di AL, mentre Mg accelera anche la formazione di strato di magneti secondari, che migliora significativamente la proprietà antiossidante di mignesio di carbocchi di magneum.
Rispetto agli antiossidanti in metallo, gli antiossidanti non metallici sono stati studiati di più negli ultimi anni e mostrano anche prestazioni antiossidanti molto ottime. Gli antiossidanti non metallici includono principalmente b4C, ZRB2, MGB2, Stagno, sic ecc. Tuttavia, rispetto ad altri antiossidanti, l'effetto di SIC è relativamente scarso. Antiossidanti non metallici (b4C e ZRB2Ad esempio) nei mattoni in carbonio di magnesio si verificheranno nella seguente reazione:
B4C +6 CO =2 b2O3+7C (7)
ZRB2+5 co=zro2+B2O3+5C (8)
Il b2O3Generato dalla reazione reagirà con MGO, ecc. Per generare uno strato di blocco, che a sua volta impedisce la continua ossidazione dei mattoni di magnesio-carbonio.
La resistenza di ossidazione di campioni refrattari MgO-C con aggiunta di frazioni di massa 0, 1% e 3% di antiossidanti (AL, Si, SIC e B4C) è stato confrontato determinando la perdita di massa di carbonio in funzione della temperatura (1300 e 1500 gradi) e del tempo (2, 4 e 6 ore), e si è concluso che B4C era l'antiossidante più efficace a 1300 gradi e 1500 gradi, e in particolare per effetto era molto meglio degli altri tre a 1500 gradi, che era attribuito alla formazione di un MG impermeabile e denso3B2O6Lo strato sulla superficie del mattone.sic, sebbene potesse anche migliorare la resistenza all'ossidazione dei mattoni MGO-C, era meno efficace in confronto. Sono stati usati metodi sperimentali come l'analisi termogravimetrica e la diffrazione dei raggi X per confermare che l'ossidazione di B4C si verifica durante il processo di innesco a temperature inferiori a 1000 gradi, con conseguente 3MGO-B2O3Questo è stabile ad alte temperature.
L'applicazione di MGB2e altri come antiossidanti a refrattari di carbonio di magnesio, calcolati sotto l'atmosfera di carbonio e aria sepolta, rispettivamente, hanno mostrato che l'effetto antiossidante era secondo a B4C e superiore alle polveri di Al e Si, ed è stato sottolineato che la ragionevole frazione di massa aggiuntiva di MGB2nelle refrattari in carbonio di magnesio era di circa il 3%. Sono stati preparati due tipi di campioni di mattoni di magnesio-carbonio senza additivi e con 2% di stagno contenente carbonio. I risultati del test di erosione delle scorie mostrano che la resistenza all'erosione delle scorie del campione con stagno è significativamente migliore di quella del campione senza additivi. Il motivo principale per la stagno per migliorare la resistenza all'erosione delle scorie di mattoni di magnesio-carbonio è quello: il prodotto di ossidazione TIO TIO2di stagno nello strato di reazione reagisce con il CAO nella scorie per generare cati3con un punto di fusione del 1970 gradi; il tio2Formata nell'ossidazione della stagno nello strato di decarburizzazione reagisce con C, CAO, MGO Cao3, 2Mgo, tio2, TIC, TI (C, N) Soluzione solida, ecc. Sono elevate fasi minerali a punti di fusione, che aumentano la viscosità delle scorie e riducono la penetrazione delle scorie, migliorando così la resistenza dei mattoni di carbonio di magnesio all'erosione delle scorie. Inoltre, quando stagno (frazione di massa, 2%), polvere di alluminio (frazione di massa, 1%) e b4C (frazione di massa, 0. 5%) sono state usate in composito, la resistenza flessione ad alta temperatura, la resistenza all'ossidazione e la resistenza all'erosione delle scorie di mattoni di magnesio-carbonio sono stati significativamente aumentati e migliorati.
Negli ultimi anni, l'antiossidante in mattoni di carbonio di magnesio è più inclinato al composito metallico e non metallo, per risolvere il singolo antiossidante a un certo intervallo di temperatura di prestazioni antiossidanti non è buono, al fine di svolgere i rispettivi vantaggi delle prestazioni degli antiossidanti. Antiossidanti metallici e b4C o mgb2Composito, in modo che la resistenza all'erosione antiossidante e scorie sia migliorata.
Metal Al, Metal Si, sic e B4C sono stati usati come antiossidanti in diverse combinazioni e i campioni sono stati tenuti a 1400 gradi per 2H e i risultati sono stati analizzati per dimostrare che l'uso di antiossidanti compositi di al-Si era il più efficace. Ad alta temperatura, SIC viene ossidato dopo C e sebbene B4C viene ossidato prima di C e il prodotto di ossidazione B2O3è una fase liquida, che è favorevole a collegare i pori del materiale, ma il punto di fusione di B2O3è solo 450 gradi, il che rende la sua velocità di evaporazione gradualmente accelerata e alla fine riduce le prestazioni antiossidanti della B4Materiali contenenti C. Presentazione del 3% di AL e dell'1% di TIO2Come additivi in mattoni di carbonio a basso contenuto di carbonio, trattamento termico a carbone sepolto a 1000 gradi e 1300, divisi in nessun antiossidante, il 3% della sola AL, l'1% di TiO2da solo, aggiunta composita del 3% di AL e 1% di TIO24 gruppi da fare confronti. I risultati mostrano che l'introduzione composita di Al, TiO2additivi per evitare la generazione di Al4C3, è favorevole al miglioramento dei mattoni di carbonio di magnesio nel trattamento a carbone sepolto sepolto separato in polvere separata è facile idratare il problema, la resistenza a compressione dei quattro gruppi del più alto, lo spessore dello strato di ossidazione è il più piccolo.
In termini di antiossidante, sebbene sia stato studiato per molti anni, l'antiossidante è ancora la principale direzione di ricerca degli attuali mattoni di carbonio di magnesio.
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