石墨含量對鎂碳磚抗氧化性能的影響

陳文 薛俊海

遼寧省檢驗檢測認證中心（遼寧省產品質量監督檢驗院）遼寧沈陽 110000

相關研究表明，鎂碳耐火材料中石墨含量的增加能夠提高其抗熱震性及抗渣侵蝕性能，但石墨容易發生氧化，對鎂碳磚的氣孔有一定的影響，并且氣孔率是隨著石墨含量的增加而增加的，在一定程度上易導致抗蝕性降低或是材料以及結構出現問題。因此有必要加大對鎂碳耐火材料的抗氧化的研究，基于此，本文對不同含有不同石墨量的鎂碳磚的抗氧化性能進行分析。

1 具體實驗

1.1 所需原料以及試驗方法

本實驗采用的主要原料為鎂砂和天然鱗片石墨，并且按照一定的標準進行選擇，另外選擇樹脂作為本次實驗的結合劑來制備鎂碳磚。另外主要的原料含量是不同的，其中氧化鎂的含量分別為95wt%、90wt%、85wt%、80wt%，而石墨含量則是遞增的，分別對應為5wt%、10wt%、15wt%、20wt%，樹脂作為結合劑，其含量不變，固定為+4wt%[1]。

鎂碳磚試樣的制備需要根據一定的步驟，首先需要將樹脂放置在鎂砂的表面，以提高均勻性，按照先后順序再加入氧化鎂細粉和石墨，將其充分融合，且沒有團聚現象存在。后將鎂碳磚原料經過壓樣試驗機壓制成固定圓柱形試樣，并保壓10分鐘左右。最后在250攝氏度的干燥箱中放置成型的鎂碳磚試樣，并持續放置12小時。

1.2 實驗具體過程與性能檢測

首先對于鎂碳磚試樣進行碳化實驗，將鎂碳磚試樣盛放于實驗所需的剛玉坩堝中并放置在電阻爐中，此外將電阻爐的溫度升至到900攝氏度，期間升溫速率保持在5攝氏度，最好進行1小時的保溫工作，在試驗中，為了避免鎂碳磚試樣出現氧化，采用的是氬氣對其進行保護。在進行氧化試驗之前，需要對已經制備好的鎂碳磚進行切割，使其是30＊30＊30mm的立方體。在對鎂碳磚進行氧化時，氧化溫度分別設置為1000攝氏度和1400攝氏度，并對鎂碳磚進行4小時的保溫工作。氧化試樣在冷卻之后就可以測量氧化層的厚度，此時將氧化后的鎂碳磚切開進行測量[2]。

2 結果與分析

通過本次實驗表明，鎂碳磚的石墨含量和鎂碳磚體積密度以及氣孔率之間存在一定的影響和關系，當石墨含量變小，氣孔率相應也會減小，而鎂碳磚的體積密度則會變大。例如，在本次研究中，將石墨含量從5%加到20%，鎂碳磚試樣的體積密度明顯降低，從3.09g·cm-3下降為2.92g·cm-3。因此，鎂碳磚試樣的體積密度主要受兩個因素的影響，一是氣孔率的變化，二是石墨本身比氧化鎂的密度更低。鎂碳磚在進行碳化前后的體積密度均是不同的，在碳化達到900攝氏度時，碳化后的鎂碳磚體積密度明顯低于碳化前，并且氣孔率明顯升高，具體在上升到10%以上。另外在對鎂碳磚試樣進行氧化時，本次研究選取了兩種不同的氧化溫度，分別是1000攝氏度和1400攝氏度，經過試驗后發現，對鎂碳磚進行1000攝氏度的氧化其脫碳層的厚度明顯較低于對鎂碳磚進行1400攝氏度氧化的脫碳層厚度。由此可知，溫度明顯了鎂碳磚試樣的氧化速度，并且兩者是成正比的關系，溫度越高，則說明氧化速度越快，進而導致鎂碳磚更容易氧化，并且較為氧化較為嚴重。另外通過本次試驗可以發現，石墨的含量是影響鎂碳磚試樣脫碳層厚度的另一主要因素，石墨含量越高，脫碳層厚度則會較低，但在試驗過程中發現石墨含量為10%時，對脫碳層的影響不是很大。

通過試驗可以分析出，石墨氧化率與脫碳層的變化具有相對統一性和一致性，石墨含量越少，石墨氧化率就會降低，并且氧化溫度在對石墨氧化率也有一定的影響，氧化溫度越高，石墨氧化率相應也越高。而鎂碳磚的氧化率與石墨含量之間存在重要的聯系，石墨含量越小，而鎂碳磚氧化率就越小。如鎂碳磚試樣的含量為5%時，其氧化率達到了20%及以上。而當石墨含量增加到最大即就是20%時，氧化率下降到了10%左右。而具有10%的石墨含量，鎂碳磚試樣的氧化率有較小的變化[3]。

3 結語

鎂碳磚的石墨含量對于鎂碳磚試樣的體積密度以及氣孔率有重要的影響，石墨含量越小，則體積密度會升高，氣孔率相應會下降，但根據研究結果可以看出，鎂碳磚試樣在進行900攝氏度的碳化后，在一定程度上減小了其體積密度，且氣孔率明顯增加。

而石墨含量越高，則會使鎂碳磚試樣的脫碳層厚度降低，并且石墨的氧化率相應也較低。并且氧化溫度對于脫碳層的厚度也有一定的影響，氧化溫度越高，脫碳層厚度相應就越厚。

根據本次試驗的相關數據計算得出鎂碳磚試樣的氧化率，對其進行分析研究發現鎂碳磚試樣的氧化率也受石墨含量的影響，且與鎂碳磚試樣的脫碳層具有相對一致性。即說明氧化率越低，石墨含量就越高，而氧化率明顯減少時則是由于石墨含量較低。