全国服务热线:
138-2073-9217

公司主营导电炭黑,超导电炭黑,色素炭黑、炭黑N990
专业炭黑生产专家

碳黑应用于耐火材料的原理优势和注意事项

发表时间:2022-03-18 11:53

碳黑在耐火材料中的作用机理及应用现状

耐火材料所采用碳源最普遍的是石墨,石墨可以增强耐火制品的抗热震性和抗侵蚀能力。但石墨含量过高,耐火制品的抗氧化性、抗侵蚀能力降低,也不利于低碳钢、洁净钢生产过程的节能减排。碳黑用于含碳耐火材料中依据实际条件和要求,可全部或部分取代其它碳源材料。碳黑可用于镁碳砖、碱性耐火砖(如镁砖或镁铬砖)的原料;也用于滑板、水口、座砖等铝碳质、锆碳质耐火材料。配以合适的外加剂,也可用于不定形耐火材料中。

3.1   镁碳质耐火材料在 MgO-C 耐火材料中引入适量纳米碳黑,能够有效消除含碳耐火材料中石墨含量降低带来的负面影响,对减少钢铁冶炼过程中的热损耗也极为有利。碳黑含量为 1wt.%左右时,在镁碳砖中形成了更加牢固结合的碳结构,增强了制品的力学性能;高度弥散分布的纳米碳黑均匀密布于制品的整个组织构造中,在受到热冲击时,会产生大量的毛细裂纹,吸收所产生的冲击力,提高制品的热稳定性、抗剥落性以及对高温熔液的抗浸润、抗渗透蚀损性能。引入纳米碳黑所制备的碳黑-石墨类低碳镁碳质耐火材料,与传统纯石墨高碳镁碳质耐火材料的抗热震性相当。

3.2   碱性耐火材料碳黑可作碱性耐火砖如镁砖、镁铬砖的原料,降低了液态金属的侵入和渗透,耐火砖的使用寿命得以延长。碳黑引入碱性耐火砖后,由于其超细粒径尺寸及宽粒径分布的特性,有助于填充耐火砖的孔隙、降低气孔率和透气性。单位质量的碳黑具备更高的比表面积能,更容易与耐火砖中金属添加物反应形成原位碳化物(如图3为生成的SiC晶须SEM形貌),有助于提高耐火砖的韧性和强度。高碳纯度的碳黑为耐火砖提供了更高的残碳量和优良的抗热震性能。

3.3 酚醛树脂结合耐火材料碳黑可以直接添加到酚醛树脂中并均匀分散,形成纳米碳黑-酚醛树脂复合结合剂。纳米碳黑在树脂中分散均匀能显著提高树脂的黏度,减少酚醛树脂炭化后的气孔数量,且微气孔尺寸更加细小,形成的次生碳石墨化程度更高。纳米碳黑-酚醛树脂复合结合剂制备的耐火材料试样,其力学性能较纯酚醛树脂结合耐火材料能够提高一倍以上。另外,与在基质中直接加入纳米碳黑相比,引入碳黑-树脂复合结合剂对材料的力学性能改善更为显著。


铝碳质、锆碳质耐火材料碳黑引入铝碳质、锆碳质耐火材料后在基质中分散良好,易形成连续均匀的碳网络结构,缓解使用过程中产生的应力、抑制基质中晶粒异常长大,改善材料的抗热震性能,延长材料的使用寿命。大粒径碳黑更有利于铝碳耐火材料抗折强度的提高,小粒径碳黑对其抗热震性能的提高更加有利;在不同条件下碳黑与含硅物质反应能够生成粒状SiC或晶须状SiC(图4),有助于提升铝碳耐火材料力学性能、抗氧化性能、抗侵蚀性能和抗热震性能。


工程实践应用中,通常复配碳黑和其它碳源作为铝碳质类滑板材料的复合碳源进行使用,根据各种碳源的特点,扬长避短,对铝碳耐火材料力学性能的优化提升效果更好。

某钢厂同等条件下,两种滑板使用后的抗侵蚀情况比较图,碳黑-石墨复合低碳滑板的使用寿命明显优于传统的纯石墨高碳含量铝锆碳滑板。


其他不定形耐火材料碳黑取代其它碳源在铁沟料中应用,目前用的最多的是出铁沟浇注料。Al2O3-SiC-C质铁沟料最广泛使用的碳源是球沥青,在水中分散性良好,但其挥发份多、残炭量低,其使用效能并不好。实际应用中通常采用N990碳黑,其属于大粒径、高结构的热裂解法碳黑,更容易分散,有助于耐火制品中碳素的均匀分布并降低气孔率;其碳含量很高、烘烤过程中无烟,制备过程中配以合适的表面润湿剂和分散剂,获得的Al2O3-SiC-C(碳黑)浇注料其综合性能指标优于球沥青碳源的铁沟料,在工业应用也取得了更好效果。实际应用中通常复合加入球沥青和碳黑,以获得最佳的施工性能和使用性能;在对抗侵蚀性能要求高的区域用铁沟料宜加入高含量的碳黑。碳黑应用到其它不定形耐火材料中,如无水炮泥、捣打料及碳质耐火泥浆等。


4.碳黑应用于耐火材料的注意事项碳黑种类繁多,使用过程中应对碳黑性质、碳黑种类和耐火材料组份的相互作用机制进行深入了解和研究,并基于不同的耐火材料性能和结构改善优化需求进行选择。碳黑相对于石墨、沥青等碳源材料,由于其表面活性高,容易发生团聚、在介质中难以分散,选择改性碳黑或者配以合适的分散剂成为极为重要的研究及应用事项。在实际应用中碳黑一般与其它碳源材料复配使用,有助于将耐火制品的应用效果更充分体现出来。


天津华冉化工科技有限公司


全国客服服务热线
138-2073-9217

24小时咨询热线:135-1624-4189

联系电话:138-2073-9217    137-5202-5442

联系地址:天津市北辰区大张庄经济开发区11号

联系我们
contact us

Tianjin Huaran Chemical Technology Co., Ltd.