木质磺酸盐结合烧成铝锆碳耐火材料制备与性能研究

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为了推进双碳目标,实现钢铁行业节能降碳的绿色发展,耐火材料需从原料上减碳。铝锆碳耐火材料中通常采用酚醛树脂作为结合剂,然而其经高温碳化后在材料内部形成玻璃炭,降低材料的使用性能。同时,在实际操作中使用条件苛刻和日益增加的成本限制其应用。由于木质素磺酸盐具有残碳低、成本低和环境友好等优点,因此本文主要以木质磺酸盐为结合剂,针对木质磺酸盐结合强度低的问题,优化和提升铝锆碳耐火材料常温结合性能,探讨了不同因素如混料时间、结合剂加入方式、固化温度和结合剂加入量对材料常温结合性能的影响。然后分别研究了在埋碳气氛和氮气气氛下烧成过程中木质磺酸盐对铝锆碳耐火材料显微结构和性能的影响。研究表明:(1)当基质原料球磨混合时间为2 h、木质磺酸盐以粉体形式加入、结合剂与水的质量比为2时,经200℃干燥后,材料具有最佳的常温结合强度为67.2MPa。由于木质磺酸盐其本身具有粘结能力,经200℃干燥后结合剂分子间发生脱水缩合反应,在颗粒间交联形成网络骨架,从而具有结合强度。(2)在埋碳气氛下热处理后,木质磺酸盐形成多孔炭,并在炭的表层附着许多无机盐的小颗粒。相较于以酚醛树脂结合的材料,以木质磺酸盐作为结合剂能够促进材料内部Si C晶须的生成,使材料在较低的烧成温度下具有良好的抗氧化性和抗侵蚀性。随着热处理温度升高,Si C晶须生成量增多。在木质磺酸盐与水的质量比为2时,Si C晶须的长径比较大,材料的抗热震性较好。(3)在氮气气氛下热处理后,随着木质磺酸盐含量的增加,Si C晶须长度增加,并逐渐演变为颗粒状,材料中生成短柱状的莫来石。相较于以酚醛树脂作为结合剂,以木质磺酸盐为结合剂的样品常温抗折强度和常温耐压强度较低。然而,在木质磺酸盐与水的质量比为2.5时,材料的抗氧化性和抗侵蚀性分别提高了20%和9%。
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