خصوصیات آنتی اکسیداسیون آجرهای کربن منیزیم چیست؟

آجر کربنیک ماده کامپوزیت از ماسه و کربن منیزیم است ، که از این طریق گرافیت کلید مهار نفوذ سرباره و مقاومت در برابر خوردگی است ، در حالی که کربن رزین مقاومت ساختاری آجر کربن منیزیم را ایجاد می کند. اما هم کربن رزین و هم گرافیت بیشترین ضعف را در اکسیداسیون به راحتی دارند.

دو روش اصلی اکسیداسیون کربن در آجرهای کربن MGO وجود دارد. یکی اکسیداسیون کربن توسط اجزای فاز گاز و دیگری اکسیداسیون اجزای اکسیده شده در سرباره یا فولاد است. اجزای اکسیده شده در سرباره یا فولاد به طور عمده (fexo) و [o] و غیره هستند. این اکسیداسیون با نفوذ فاز مایع مربوطه به آجر کربن منیزیم رخ می دهد ، همانطور که در فرمول (1) و فرمول (2) نشان داده شده است:
Fexo+C → Fe+Co (1)
Mno+C → Mn+Co (2)
از آنتی اکسیدان ها برای جلوگیری از اکسیداسیون گرافیت توسط فاز گاز و فاز مایع استفاده می شود. در حال حاضر ، آنتی اکسیدان های مورد استفاده در آجرهای کربن منیزیم عمدتاً فلزی و غیر فلزی هستند. آنتی اکسیدان های فلزی به طور عمده شامل AL ، SI ، AL-MG و غیره هستند ، در حالی که آنتی اکسیدان های غیر فلزی به طور عمده شامل B4C ، ZRB2 ، SIC و غیره هستند.
در بین آنتی اکسیدان های فلزی ، بیشترین استفاده پودر فلزی AL است که ابتدا با کربن در دمای بالا واکنش نشان می دهد تا AL4C3 را تشکیل دهد و Al4C3 با CO (G) و موارد مشابه واکنش نشان می دهد. مکانیسم خاص عمل به شرح زیر است:
4al +3 c=al4c3 (3)
2al +3 Co=al2o 3+3 c (4)
Al4c 3+6 Co =2 al2o 3+9 c (5)
Al2o 3+ mgo=Mgo · Al2O3 (6)
از آنجا که فلز AL یا AL4C3 در واکنش شرکت می کند ، فشار جزئی اکسیژن در آجر کاهش می یابد و گرافیت و مانند آن محافظت می شود. مکانیسم آنتی اکسیداسیون فلزی Si مشابه است.
اثر آنتی اکسیداسیون فلز AL نسبتاً خوب است که عمدتا از دو نقطه حاصل می شود. اول ، کاهش فشار جزئی اکسیژن در آجرهای کربن منیزیم توسط فرمول (3) ~ (4). دوم ، اثر انبساط حجم واکنش فرمول (6) ساختار آجرهای کربن منیزیم را متراکم می کند. در عین حال ، معادلات (3) و (6) نیز به استحکام انعطاف پذیر دمای بالا از آجرهای MGO-C دست می یابند ، به همین دلیل بیشتر آجرهای MGO-C از پودر فلزی AL به عنوان آنتی اکسیدان استفاده می کنند. با این حال ، از آنجا که معادله واکنش (3) با یک اثر حجم زیاد همراه است ، میزان فلزی AL که به آجرهای کربن منیزیم اضافه می شود ، به طور کلی کمتر از 3 ٪ است. اثر حجم فلزی Si در فرآیند آنتی اکسیداسیون نسبتاً اندک است ، اما فلزی SI به دلیل اکسیداسیون SiO2 ، M2S (2Mgo · SiO2) تولید می کند ، که باعث کاهش عملکرد درجه حرارت بالا مواد می شود.

علاوه بر واکنش با کربن برای تولید SIC ، پودر فلزی Si همچنین می تواند الیاف SIC مانند ویسکر را برای تقویت استحکام تشکیل دهد. بنابراین ، به عنوان یک آنتی اکسیدان برای آجرهای MGO-C ، پودر فلزی AL و پودر Si به طور کلی در ترکیب استفاده می شود. هنگام طراحی یک آجر جدید Slag Line MGO-C ، پودر فلزی AL و پودر Si به عنوان آنتی اکسیدان ها اضافه می شوند و عمر خدمات آنها طولانی تر از آجرهای اصلی Slag Line MGO-C است. از منظر ریزساختار ، آجرهای MGO-C با Al ، Si و غیره اضافه شده و مورد بحث قرار می گیرند و مکانیسم آنتی اکسیداسیون در رابطه با ترمودینامیک مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد.

با توجه به سایر آنتی اکسیدان های فلزی ، معمولاً از آلیاژهای منیزیم آلیاژ استفاده می شود. ژانگ جین و ژو بوکان پودر آلیاژ Mg-Al را به عنوان آنتی اکسیدان تا آجرهای کربن منیزیم کم کربن اضافه کردند. مکانیسم عملکرد آلیاژ Mg-Al مشابه با AL است و MG همچنین باعث شکل گیری لایه پریکلاز ثانویه می شود و به طور قابل توجهی مقاومت اکسیداسیون آجرهای کربن منیزیم را بهبود می بخشد.

در مقایسه با آنتی اکسیدان های فلزی ، آنتی اکسیدان های غیر فلزی در سالهای اخیر بیشتر مورد مطالعه قرار گرفته اند و همچنین خواص آنتی اکسیدانی بسیار خوبی را نشان داده اند. آنتی اکسیدان های غیر فلزی به طور عمده شامل B4C ، Zrb2 ، MgB2 ، TIN ، SIC و غیره هستند ، اما در مقایسه با سایر آنتی اکسیدان ها ، تأثیر SIC نسبتاً ضعیف است. آنتی اکسیدان های غیر فلزی (مصرف B4C و Zrb2 به عنوان نمونه) در آجرهای کربن منیزیم واکنش های زیر را انجام می دهند:

B4c +6 Co =2 b2o 3+7 c (7)

zrb 2+5} co {1}} zro 2+ b2o 3+5 c (8)

B2O3 تولید شده توسط واکنش با MGO و دیگران برای تشکیل یک لایه مسدود کننده واکنش نشان می دهد ، در نتیجه از ادامه اکسیداسیون آجرهای کربن منیزیم جلوگیری می کند.

با اندازه گیری رابطه عملکردی بین از دست دادن جرم کربن و دما (13 {6 {6}} 0 و 1500 درجه) و زمان (2 ، 4 و 6H) ، مقاومت اکسیداسیون نمونه های نسوز MGO-C با آنتی اکسیدان های 0 ، 1 ٪ و 3 ٪ (AL ، SI ، SIC و B4C) اضافه شده توسط کسری جرم اضافه شد. اعتقاد بر این است که B4C مؤثرترین آنتی اکسیدان در 1300 درجه و 1500 درجه است ، به خصوص در 1500 درجه ، اثر بسیار بهتر از سه مورد دیگر است ، زیرا یک لایه MG3B2O6 غیرقابل نفوذ و متراکم بر روی سطح آجر شکل می گیرد. اگرچه SIC همچنین می تواند مقاومت اکسیداسیون آجرهای کربن منیزیم را بهبود بخشد ، اما این اثر در مقایسه بدتر است. روشهای تجربی مانند تجزیه و تحلیل ترموگراویمتریک و پراش پرتو X تأیید کرد که B4C در طی فرآیند شلیک زیر 1000 درجه اکسیده می شود تا 3Mgo · B2O3 را بدست آورد که در دمای بالا پایدار است.

MGB2 و سایر آنتی اکسیدان ها در مواد نسوز کربن منیزیم استفاده شد. آنها در جوی های کربن دفن شده و هوا محاسبه شدند. نتایج نشان داد که اثر آنتی اکسیدانی نسبت به B4C و بهتر از پودر AL و پودر SI است. خاطرنشان شد كه كسر جرم علاوه بر معقول MGB2 در مواد مقاوم در كربن منیزیم حدود 3 ٪ بود. دو نمونه آجری MGO-C بدون افزودنی و با 2 ٪ قلع حاوی کربن تهیه شد. نتایج آزمایش مقاومت در برابر فرسایش سرباره نشان داد که مقاومت فرسایش سرباره نمونه با قلع به طور قابل توجهی بهتر از نمونه بدون افزودنی است. دلیل اصلی این که قلع باعث بهبود مقاومت در برابر فرسایش سرباره آجرهای کربن منیزیم می شود این است که محصول اکسیداسیون TiO2 قلع در لایه واکنش با CAO در سرباره واکنش نشان می دهد تا Catio3 را با نقطه ذوب 197 {17} درجه تشکیل دهد. TiO2 با اکسیداسیون قلع در لایه decarburized با C ، CAO و MGO واکنش نشان می دهد تا Catio3 و 2mgo را تشکیل دهد. محلول جامد TiO2 ، Tic ، Ti (C ، N) ، همه مراحل معدنی نقطه ذوب بالا هستند که ویسکوزیته سرباره را افزایش می دهند و نفوذ سرباره را کاهش می دهند و از این طریق مقاومت فرسایش سرباره آجرهای کربن منیزیم را بهبود می بخشند. علاوه بر این ، هنگامی که قلع (کسری جرم ، 2 ٪) ، پودر آلومینیوم (کسر جرم ، 1 ٪) و B4C (کسری جرم ، 0.5 ٪) در ترکیب استفاده می شود ، مقاومت انعطاف پذیری دمای بالا ، مقاومت اکسیداسیون و مقاومت در برابر خوردگی SLAG آجرهای MGO-C به طور قابل توجهی بهبود می یابد.