熱處理對(duì)含碳耐火材料的性能影響及機(jī)理研究.pdf

1、含碳耐火材料的成分和工藝決定了使用性能，熱處理工藝（固化和燒成）對(duì)其性能有重要影響。熱處理實(shí)質(zhì)是含碳耐火材料結(jié)合劑酚醛樹脂發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)變化，而其余成分在熱處理過程中無明顯變化。本文研究了熱處理對(duì)含碳耐火材料的性能影響及其機(jī)理，主要通過差示掃描量熱法(DSC)、熱重-微商熱重法(TG-DTG)、紅外光譜(IR)、X射線衍射(XRD)等分析了結(jié)合劑的熱量、質(zhì)量以及結(jié)構(gòu)變化對(duì)含碳耐火材料的性能影響，并對(duì)燒成溫度進(jìn)行了優(yōu)化研究。
　

2、　主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)含碳耐火材料的固化機(jī)理
　　固化機(jī)理實(shí)質(zhì)是結(jié)合劑酚醛樹脂的物理化學(xué)變化過程。130℃前溶劑吸收熱量快速排除，質(zhì)量快速減小，較小的活化能就能完成超過50％的質(zhì)量轉(zhuǎn)化率。結(jié)合劑在100～110℃逐漸硬化，含碳耐火材料易出現(xiàn)變形。130～200℃間主要發(fā)生脫水縮合反應(yīng)，質(zhì)量、熱量和結(jié)構(gòu)急劇變化，生成亞甲基和醚鍵，以亞甲基為主，該過程需活化能較高，需緩慢升溫。200～250℃間，固化逐漸完全，質(zhì)量、熱

3、量以及結(jié)構(gòu)變化趨于穩(wěn)定。250～300℃間，質(zhì)量、熱量以及結(jié)構(gòu)幾乎恒定，含碳耐火材料固化反應(yīng)已較完全。
　　(2)燒成對(duì)含碳耐火材料性能的影響及機(jī)理
　　燒成溫度主要影響含碳耐火材料的強(qiáng)度和氣孔率。700℃前，含碳耐火材料強(qiáng)度較低約7MPa，氣孔率較高約8.7％，這是結(jié)合劑酚醛樹脂在700℃前的燒成過程中裂解排除大量氣體所致。在700～800℃間，強(qiáng)度急劇增加到8.5MPa，氣孔率降低到7.8％，這是結(jié)合劑急劇收縮所致。80

4、0℃后強(qiáng)度較高且變化較小，氣孔率較低且變化較小，含碳耐火材料的燒成在該溫度段已較完全。
　　燒成溫度通過結(jié)合劑碳化裂解行為影響含碳耐火材料性能。600℃前，結(jié)合劑發(fā)生主要裂解反應(yīng)，放出大量熱，排除大量氣體使質(zhì)量快速減小，導(dǎo)致含碳耐火材料的氣孔率較高。600～750℃間，熱量變化趨于平緩，質(zhì)量緩慢降低，主要是結(jié)合劑的深度裂解，裂解產(chǎn)物在(002)峰與c軸的相關(guān)雛晶尺寸Lc緩慢增加從0.72nm到0.84nm，強(qiáng)度和氣孔率變化較小。7

5、50～800℃間，出現(xiàn)明顯吸熱，Lc快速增加到0.95nm，裂解產(chǎn)物快速收縮，氣孔率降低，強(qiáng)度急劇增加。800～950℃間，質(zhì)量、熱量以及結(jié)構(gòu)變化較小，強(qiáng)度較高，氣孔率較低，燒成反應(yīng)較完全。
　　(3)鋼水測(cè)溫用含碳耐火材料傳感器燒成溫度優(yōu)化
　　基于燒成溫度對(duì)含碳耐火材料常溫性能影響及機(jī)理研究，將普通950℃燒成鋼水連續(xù)測(cè)溫用含碳耐火材料傳感器燒成溫度調(diào)整為800℃。800℃燒成傳感器的測(cè)溫響應(yīng)表現(xiàn)為持續(xù)升溫且無波動(dòng)，響應(yīng)