Cărămidă de carbon Magnesiaeste un material compus de nisip de magnezie și carbon, printre care grafitul este cheia pentru a inhiba penetrarea zgurii și rezistența la coroziune, în timp ce carbonul din rășină construiește rezistența structurală a cărămizii de carbon de magnezit; Dar atât carbonul din rășină, cât și grafitul au cea mai mare slăbiciune de a fi oxidat cu ușurință.
Există două moduri principale de oxidare a carbonului în cărămizile de carbon MgO. Unul este oxidarea carbonului prin componente ale fazei gazelor, iar cealaltă este oxidarea componentelor oxidate în zgură sau oțel. Componentele oxidate din zgură sau oțel sunt în principal (Fexo) și [O], etc.; Această oxidare are loc cu infiltrarea fazei lichide corespunzătoare în cărămida de carbon de magneziu, așa cum se arată în formula (1) și formula (2):
Fexo+C → Fe+Co (1)
MNO+C → Mn+CO (2)
Antioxidanții sunt folosiți pentru a preveni oxidarea grafitului prin faza gazoasă și faza lichidă. În prezent, antioxidanții folosiți în cărămizile de carbon cu magnezie sunt în principal metal și non-metal. Antioxidanții metalici includ în principal AL, SI, AL-MG, etc., în timp ce antioxidanții non-metalici includ în principal B4C, ZRB2, SIC, etc.
Printre antioxidanții metalici, cel mai utilizat este pulberea de metal Al, care reacționează mai întâi cu carbon la temperaturi ridicate pentru a forma AL4C3, iar AL4C3 reacționează cu CO (G) și altele asemenea. Mecanismul specific de acțiune este următorul:
4al +3 c=al4c3 (3)
2al +3 co=al2o 3+3 c (4)
Al4c 3+6 co =2 al2o 3+9 c (5)
Al2o 3+ mgO=mgO · al2o3 (6)
Pe măsură ce metalul al sau al4c3 participă la reacție, presiunea parțială de oxigen în cărămidă scade, iar grafitul și altele asemenea sunt protejate. Mecanismul anti-oxidare al metalului Si este similar.
Efectul anti-oxidare al metalului Al este relativ bun, ceea ce provine în principal din două puncte. În primul rând, reducerea presiunii parțiale de oxigen în cărămizi de carbon de magneziu prin formula (3) ~ (4); În al doilea rând, efectul de expansiune a volumului reacției formulei (6) face ca structura cărămizilor de carbon de magneziu să fie dense. În același timp, ecuațiile (3) și (6) obțin, de asemenea, rezistența la temperatură ridicată la temperaturi ridicate a cărămizilor MGO-C, motiv pentru care majoritatea cărămizilor MgO-C folosesc pulbere de metal ca antioxidant; Cu toate acestea, din moment ce ecuația de reacție (3) este însoțită de un efect de volum mare, cantitatea de metal AL adăugată la cărămizile de carbon cu magnezie este în general mai mică de 3%. Efectul de volum al Si metalului în procesul de anti-oxidare este relativ mic, dar Si metalul generează M2S (2MGO · SiO2) datorită oxidării SiO2, ceea ce reduce performanța la temperatură ridicată a materialului.
În plus față de reacția cu carbonul pentru a genera SiC, pulberea de Si metalică poate forma, de asemenea, fibre SIC asemănătoare cu bici pentru a spori rezistența. Prin urmare, ca antioxidant pentru cărămizi MgO-C, pudra metalică și pulberea Si sunt utilizate în general în combinație. Atunci când proiectați o nouă linie de zgură MGO-C cărămidă, pudra metalică și pulbere Si sunt adăugate ca antioxidanți, iar viața lor de serviciu este mai lungă decât cea a cărămizilor originale tradiționale de zgură MGO-C. Din perspectiva microstructurii, sunt observate și discutate cărămizile MgO-C cu AL, SI, etc., iar mecanismul anti-oxidare este analizat împreună cu termodinamica.
În ceea ce privește alți antioxidanți metalici, sunt utilizate în mod obișnuit aliaje MG-AL. Zhang Jin și Zhu Boquan au adăugat pulbere de aliaj Mg-Al ca antioxidant la cărămizi de carbon cu magneziu cu conținut scăzut de carbon. Mecanismul de acțiune al aliajului Mg-Al este similar cu cel al lui Al, iar Mg accelerează, de asemenea, formarea stratului secundar de periclază, îmbunătățind semnificativ rezistența la oxidare a cărămizilor de carbon de magneziu.
În comparație cu antioxidanții metalici, antioxidanții non-metalici au fost studiați mai mult în ultimii ani și au arătat, de asemenea, proprietăți antioxidante foarte bune. Antioxidanții non-metalici includ în principal B4C, ZRB2, MGB2, TIN, SIC, etc., dar în comparație cu alți antioxidanți, efectul SIC este relativ slab. Antioxidanții non-metalici (luând B4C și ZRB2 ca exemple) vor suferi următoarele reacții în cărămizi de carbon de magneziu:
B4c +6 co =2 b2o 3+7 c (7)
Zrb 2+5 co=zro 2+ b2o 3+5 c (8)
B2O3 generat de reacție va reacționa cu MGO și altele pentru a forma un strat de blocare, prevenind astfel oxidarea continuă a cărămizilor de carbon de magneziu.
Prin măsurarea relației funcționale între pierderea de masă de carbon și temperatură (13 0 0 și 1500 grade) și timp (2, 4 și 6H), rezistența la oxidare a probelor de refractare MGO-C cu 0, 1% și 3% a fost comparată antioxidanți (AL, SI, SIC și B4C) adăugați prin fracție de masă. Se crede că B4C este cel mai eficient antioxidant la 1300 de grade și 1500 de grade, în special la 1500 de grade, efectul este mult mai bun decât celelalte trei, deoarece un strat MG3B2O6 impermeabil și dens se formează pe suprafața cărămizii. Deși SIC poate îmbunătăți, de asemenea, rezistența la oxidare a cărămizilor de carbon cu magnezie, efectul este mai rău în comparație. Metodele experimentale, cum ar fi analiza termogravimetrică și difracția cu raze X au confirmat că B4C oxidată în timpul procesului de ardere sub 1000 grade pentru a obține 3MGO · B2O3 care este stabil la temperaturi ridicate.
MGB2 și alți antioxidanți au fost folosiți în materialele refractare cu carbon cu magnezie. Au fost calcinați în carbon îngropat și atmosfere de aer. Rezultatele au arătat că efectul antioxidant a fost inferior B4C și mai bun decât pulberea de Al și pulberea Si. S -a subliniat că fracția de masă de adăugare rezonabilă a MGB2 în materialele refractare cu carbon cu magnezie a fost de aproximativ 3%. Au fost preparate două probe de cărămidă MgO-C fără aditivi și cu 2% staniu care conțin carbon. Rezultatele testului de rezistență la eroziunea zgură au arătat că rezistența la eroziune a zgurii a eșantionului cu staniu a fost semnificativ mai bună decât cea a eșantionului fără aditivi. Motivul principal pentru care stanul îmbunătățește rezistența la eroziunea zgură a cărămizilor de carbon de magnezit este că produsul de oxidare TiO2 al stanului în stratul de reacție reacționează cu CaO în zgură pentru a forma catio3 cu un punct de topire de 197 0 grad; TiO2 format prin oxidarea stanului în stratul decarburizat reacționează cu C, CAO și MgO pentru a forma CATIO3 și 2MGO. TiO2, Tic, Ti (C, N) Soluție solidă, etc. sunt toate faze minerale cu punct de topire ridicat, care cresc vâscozitatea zgurii și reduc penetrarea zgurii, îmbunătățind astfel rezistența la eroziune a zgurii a cărămizilor de carbon de magneziu. Mai mult decât atât, atunci când staniu (fracție de masă, 2%), pulbere de aluminiu (fracție de masă, 1%) și B4C (fracție de masă, 0,5%) sunt utilizate în combinație, rezistența la flexie la temperatură ridicată, rezistența la oxidare și rezistența la coroziunea zgură a cărămizilor MgO-C sunt îmbunătățite în mod semnificativ.
