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石墨、碳化硅和鎂砂——淺談三大國民耐火材料
2019年11月14日 發布 分類:粉體應用技術 點擊量:358
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理論上講,只要達到一定的溫度,任何物質都可以燃燒,不存在絕對的耐火性。從這種角度來看,凡物理化學性質允許其在高溫環境下使用的基礎材料統稱為耐火材料。

耐火材料廣泛用于冶金、化工、石油、機械等國民經濟的各個領域,我國是石墨出口大國,菱鎂礦儲量世界第一,石墨、碳化硅以及鎂砂制品支撐著中國耐火材料度過了高速發展的十年。

石墨制品(天然石墨除外)用碳質耐火材料在電阻爐中經2500~2800℃石墨化處理制得。

石墨制品具有熱膨脹系數小,導熱系數大,高溫強度高,耐熱震性能好,化學性質穩定,質輕,耐酸、堿、鹽浸蝕,不受金屬和熔渣的潤濕等優點。石墨制品多用做冶金工業的反應槽和石油化工的高壓釜內襯,用于制作耐腐蝕熱交換器及砌筑高溫爐

碳化硅制品以碳化硅砂為骨料,以氧化物,硅酸鹽或硅粉作高溫結合材料、經成型、燒制而成。

因為主晶相主要是碳化硅,所以制品的許多性質都取決于碳化硅的性質。這類耐火制品中,碳化硅為瘠性料,必須由結合劑將其黏結為整體,故結合劑的性質和粘結形式對制品的性質也有相當大的影響。常見的結合形式有:粘土結合、氧化物結合、莫來石結合、氮化硅結合、重結晶和反應燒結滲硅等。

碳化硅制品導熱性高,廣泛用于制造各種加熱式爐、管及大磚,非直接加熱式窯爐等。

碳化硅制品機械強度及耐磨性均直,可用來制造耐機械磨損的部件,包括低溫導軌、旋分器、集塵器等的內襯。

碳化硅制品優秀的化學性能,使得它在有色冶金及化學工業的各種窯爐和裝置中的使用效果很好。

鎂砂是以方鎂石Mg0為主要成分,系菱鎂礦、水鎂礦等鎂質原料經高溫處理達到燒結程度的產物的統稱。鎂砂可細分為:燒結鎂砂,電熔鎂砂、海水鎂砂等等。

以天然菱鎂礦為原料燒制的鎂砂稱為燒結鎂砂;以菱鎂礦等為原料經電弧爐熔煉達到熔融狀態冷卻后形成的稱為電熔鎂砂;從海水中提取氧化鎂制成的稱為海水鎂砂。目前我國主要是從菱鎂礦煅燒或者電熔獲得鎂砂,日本及西歐國家主要從海水中提煉。

鎂砂抗水化能力強,對堿性渣和鐵渣具有很好的抵抗性,主要用來制堿性耐火材料(如鎂磚、鎂鋁磚),用于平爐、吹氧轉爐、電爐、有色金屬冶煉以及一些高溫熱工設備。而方鎂石是水泥熟料中的常見礦物之一,能和水泥熟料中29種主要礦物共存。所以,鎂砂對于水泥熟料具有極其良好的抗侵蝕性。

石墨和碳化硅耐火材料應用簡例

工業上通常選用碳質槽底作為鋁電解槽的陰極,雖然碳質材料具有良好的導電性,但在高溫(1000℃)下抗冰晶石、NaF和鋁液的侵蝕能力弱,槽底需要經常更換。反應式如下:

3NaF·AlF3+Al═3Na+4AlF3

研究表明:Na的滲透隨著碳陰極石墨化程度的提高而減少,所以鋁電解槽陰極材料正在向石墨化方向發展。石墨陰極表面還可涂一層與鋁液潤濕性好、導電性優良的涂層(如TiB2),增加導電性和抗侵蝕能力。

由于氧從碳陽極上析出,所以碳陽極氧化速度快,損耗程度大。為了使生產能連續進行,需要不斷加入陽極糊,靠直流電自焙燒完成。

SiC不與金屬氟化物反應,抗冰晶石侵蝕,抗氧化性好,強度高,電阻大,選用SiC質耐火材料(氧化鋁結合SiC質、氮化硅結合SiC質等)砌筑側墻,不僅延長了電解槽的壽命,防漏電,還減少了內襯厚度,擴大了槽內容積。

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