为抑制镁碳砖中的碳在使用过程中的氧化,在生产镁碳砖过程中常加入一定量的抗氧化剂。常用的添加剂有:金属铝粉、硅粉、铝镁合金粉、碳化硅粉等。
加入Si粉的抗氧化性机理为:在镁碳耐火材料中,所添加的Si粉会与环境中的C(s)反应生成β-SiC,当热处理温度超过1100℃后,这一反应将剧烈发生。当热处理温度在1200℃左右时,Si也会和环境中的N2反应生成的Si3N4。此外,当热处理温度在1100℃-1500℃范围内时,也会有玻璃状的SiO2生成,材料内的SiC和Si3N4与CO反应生成SiO(g),会进一步被氧化生成SiO2,沉积在气孔内,堵塞气孔,降低氧化性气体的扩散流量,从而提高了镁碳砖的抗氧化性;当热处理温度高于1500℃时,Si最终会生成的镁硅橄榄石,M2S同样会堵塞气孔,同时还会提高材料的强度。
(金属硅粉)
加入SiC的抗氧化机理为:将SiC加入到镁碳耐火材料中,SiC虽然不能优先于C被氧化从而提高材料的抗氧化性,但是SiC被氧化为SiO2的过程伴随着较大的体积膨胀,同时,SiC最终会转化成镁橄榄石相沉积在气孔内,堵塞气孔,降低氧化性气体的扩散流量,提高镁碳耐火材料的抗氧化性。
(碳化硅粉)
加入Al粉的抗氧化性机理为:在镁碳耐火材料中,当热处理温度为660℃时,所添加的金属Al粉与材料中的碳或空气中的氮气反应,生成Al4C3和A1N。而这两种物质会在CO气氛下发生转变,即Al→Al4C3→Al2O3,Al→AlN→Al2O3,Al→Al4C3→AlN→Al2O3。且无论发生哪个过程,最终均会转化为稳定相Al2O3。一方面,这种变化过程伴随有Al(g)、Al2O(g)、AlO(g)、A1O2(g)、A1N(g)以及A1C(g)等气相间的变化,可以堵塞气孔,降低材料的显气孔率,使材料的结构更加致密,并降低了氧化性气体与材料的有效接触面积。另一方面,A1和Al4C3会和CO产生反应,释放出C和Al2O气体,Al2O(g)不断向外扩散,当气体扩散到耐火材料表面时,由于氧分压较高,Al2O(g)会转变为Al2O3沉积在气孔内形成保护层,同时堵塞气孔,抑制气体进一步扩散,起到抗氧化的作用。Al2O3也会和材料内的MgO反应,最终生成的镁铝尖晶石,MA也会堵塞气孔提高材料的抗氧化性。
(金属铝粉)
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