針對提高實(shí)驗(yàn)所制鎂碳磚體積密度的研究及建議徐福禹

1、針對提高實(shí)驗(yàn)所制鎂碳磚體積密度的研究及建議徐福禹昨日實(shí)驗(yàn)所制鎂碳磚的體積密度分別為2.90g/cm3 和2.88g/cm3 ，并未達(dá)到理想值2.95g/cm3 。針對此情況進(jìn)行了思考及研究，并查閱了部分相關(guān)論文及文獻(xiàn)，現(xiàn)對于原料配比方案提出一下建議：1.增加樹脂用量根據(jù)遼寧科技大學(xué)高溫材料與鎂資源工程學(xué)院 游杰剛等人所著酚醛樹脂加入量對鋼包渣線再生鎂碳磚性能的影響，他們利用鋼包渣線用后鎂碳磚再生料制備了鋼包渣線再生鎂碳磚，在再生料加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的基礎(chǔ)上，研究酚醛樹脂加入量（外加質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3.25%、3.5%、3.75%、4.0%、4.25%）對再生鎂碳磚致密度、強(qiáng)度和抗氧化性影響。得

2、到結(jié)論是：（1） 隨著酚醛樹脂加入量的增加，200熱處理后再生鎂碳磚的致密度、常溫耐壓強(qiáng)度、常溫抗折強(qiáng)度及高溫抗折強(qiáng)度均增大，抗氧化性增強(qiáng)。（2） 隨著酚醛樹脂加入量增加，900埋炭處理后式樣的致密度增大，但當(dāng)酚醛樹脂加入量達(dá)到4%后其致密度變化不大。（3） 再生鎂碳磚中酚醛樹脂的加入量以3.5%4%為宜。根據(jù)中國鋼研科技集團(tuán)有限公司特種陶瓷與耐火材料北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 王云等人所著添加半成品廢磚的再生鎂碳磚研究，他們將鎂碳磚生產(chǎn)過程中的半成品廢磚經(jīng)過揀選、破碎、篩分后制成3種粒度的再生料，然后在鎂碳磚常規(guī)配方中加入再生料制成再生鎂碳磚試樣，并研究了樹脂添加量（外加質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3.8%、4.0

3、%、4.2%、4.4%）對再生鎂碳磚試樣性能的影響。得到的結(jié)論是：由上圖可以看出，隨著樹脂外加量的提升，試樣的顯氣孔率呈先減小后增大的變化趨勢，體積密度呈先增大后減小的變化趨勢，拐點(diǎn)皆為樹脂外加量為4.0%時。在拐點(diǎn)前，樹脂膜的完整程度和厚度的增加起主導(dǎo)作用，因此試樣致密度和強(qiáng)度增大；在拐點(diǎn)后，樹脂揮發(fā)分留下的空洞增多起主導(dǎo)作用，因此試樣的致密度和強(qiáng)度減小。原實(shí)驗(yàn)配方中樹脂外加量為3%，但在混料過程中發(fā)現(xiàn)對鎂砂和石墨的潤濕程度不夠。因此，建議樹脂外加用量提升至4%。2.混料順序根據(jù)武漢科技大學(xué) 孫楓所著再生鋁鎂碳磚及鎂碳磚的研究和應(yīng)用，由于混煉時加料順序?qū)υ偕u性能指標(biāo)的影響較大，所以在實(shí)驗(yàn)過

4、程中設(shè)計了3種混煉方式（總混煉時間不少于28分鐘）：(1)骨料一熱固性樹脂(總量的65)石墨和再生料細(xì)粉熱固性樹脂(總量的35)其他粉料和外加劑出料。(2)骨料一熱固性樹脂(總量的65)石墨再生料細(xì)粉熱固性樹脂(總量的35)其他粉料和外加劑出料。(3)骨料一熱固性樹脂(總量的65)石墨熟固性樹脂(總量的35)再生料細(xì)粉和其他粉料和外加劑出料。通過實(shí)驗(yàn)對比，發(fā)現(xiàn)采用方式（2）可使磚獲得更好的性能指標(biāo)。方式（2）在石墨加入后，混合2min再加入再生細(xì)料粉，可使石墨更充分包裹骨料，便于成型。各方式所產(chǎn)磚性能指標(biāo)如下圖:其他相關(guān)文獻(xiàn)中，對于混料過程描述也多采用此方式。因此，建議采用此混料順序：骨料一熱

5、固性樹脂(總量的65)石墨再生料細(xì)粉熱固性樹脂(總量的35)其他粉料和外加劑出料。3.顆粒級配的優(yōu)化在耐火材料生產(chǎn)中，對于已經(jīng)粉碎的原料，如何選取顆粒級配，即如何對原料進(jìn)行分級與選取合理的顆粒級配是配料工序最基本的問題。只有選取可以使坯料達(dá)到緊密堆積的級配，才有可能生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品。實(shí)際生產(chǎn)中，對已粉碎好的原料分級、配比往往受實(shí)際條件和工藝要求的限制，因此，如何設(shè)計和選取顆粒配比，在滿足實(shí)際要求的前提下使坯料達(dá)到緊密堆積是耐火材料工業(yè)生產(chǎn)中最基本的問題之一。根據(jù)武漢科技大學(xué)耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地 祝洪喜等人所著耐火材料連續(xù)顆粒分布的緊密堆積模型，他們通過建立具有連續(xù)尺寸分布

6、顆粒的緊密堆積模型，計算耐火材料顆粒的最佳配比，以期達(dá)到最緊密堆積。通過模型求得累積的體積分?jǐn)?shù)為B=V(<d)V(<dL)一(dndSn)(dLndSn)此次研究以燒成磚配料為對象，取dL=5mm，按3級即53,31,10mm（實(shí)際為1ds）作為粒度配料。采用機(jī)械破碎時，材料在10 mm粒度范圍的實(shí)際最小粒度是不同的，故燒成磚的粒度組成理論研究的邊界條件為：dL =5 mm，d=3，1 mm，ds=0.10，0.020，0.010，0.005 mm，n分別取0.33，0.35，0.37，0.39，0.41(n為顆粒具有不同分形維數(shù)時的分布指數(shù))。結(jié)合我們的配料粒度，選取ds=0.0

7、05 mm時的計算結(jié)果，如下表：、在理論計算中，n值在最緊密堆積時的值為0.37，通過模型計算的最佳配比為粒度53占18.67%，粒度31占29.98%，粒度10占51.35%。結(jié)合我們的配方，由于黑鎂砂中存在假顆粒，在混煉和成型過程中容易發(fā)生二次破碎，使細(xì)顆粒部分增加，可適當(dāng)提高粒度53和粒度31的配比，具體配比要根據(jù)實(shí)際條件和工藝要求而定。（這里的配比是按體積計算，如果要按重量計算只需乘上密度即可）根據(jù)中國鋼研科技集團(tuán)有限公司特種陶瓷與耐火材料北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 王云等人所著添加半成品廢磚的再生鎂碳磚研究，通過固定電熔鎂砂、鱗片石墨、再生料、鋁粉和酚醛樹脂的加入質(zhì)量，僅改變試樣粗顆粒或中顆粒

8、含量，并相應(yīng)改變細(xì)粉含量，設(shè)計了A、B兩個系列的試樣，具體配比如下表：此外，還制備了沒有加入再生料的試樣S作為對比試樣。其配比為：電熔鎂砂88，鱗片石墨12，鋁粉3(外加)，熱固性酚醛樹脂4(外加)。對試樣進(jìn)行處理及分析，測得顆粒級配對試樣性能的影響：從上表可以看出，與未添加再生料的試樣S相比，加人再生料的試樣性能有所降低，但試樣Al、B1和B2的性能與試樣S的比較接近，并且其顯氣孔率、體積密度和常溫耐壓強(qiáng)度均達(dá)到鎂碳磚的技術(shù)要求。可以參考A1、B1和B2試樣進(jìn)行顆粒級配的配比。（該表配比按照重量計算，而非體積計算）4成型壓力的控制由于采用黑鎂砂作為骨料，成型時骨料極易進(jìn)一步破碎成更小的顆粒，

9、因此，確定一個最佳的成型壓力很重要。根據(jù)武漢科技大學(xué)耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地 豐年等人所著廢棄鎂碳磚制備精煉鋼包用襯磚的研究，他們通過不同的成型壓力對試驗(yàn)樣品進(jìn)行沖壓，來測試成型壓力對試樣體積密度和顯氣孔率的影響。結(jié)果如下：可以看出，當(dāng)成型壓力小于220240MPa時，試樣體積密度較大，顯氣孔率較??；當(dāng)成型壓力大于240 MPa時，試樣體積密度減小，顯氣孔率增大。所以最佳成型壓力應(yīng)為220240MPa之間。我們公司機(jī)壓廠成型車間采用的全部是630t摩擦式壓磚機(jī)，而不是恒壓式壓磚機(jī)，不能準(zhǔn)確設(shè)定成型壓力，只是簡單區(qū)分輕壓和重壓，采用摩擦式壓磚機(jī)多次壓制的方式成型，靠提高壓力和壓制

10、次數(shù)提高生產(chǎn)質(zhì)量。根據(jù)山東輕工業(yè)學(xué)院 李亮所著鎂碳磚生產(chǎn)工藝優(yōu)化及性能改進(jìn)的研究，由于摩擦式壓磚機(jī)壓力的不確定性，過大的壓力會對鎂碳磚內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成破壞，嚴(yán)重影響鎂碳磚的質(zhì)量和使用壽命。所以提出逐步加壓的壓制方法，逐步提高壓力，減少重壓次數(shù)，并對此方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。采用1000t雙盤摩擦壓力機(jī)，在壓制過程中采用正常生產(chǎn)中的加壓方式，逐步加壓以及逐步加壓并保壓三種不同的加壓方式進(jìn)行加壓。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下： 通過上圖可知，逐步加壓和逐步加壓并保壓的試樣比正常生產(chǎn)的耐壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度有很大提高。采用逐步加壓的壓制方法在初壓時有較低的壓力，有利于降低顆粒間的摩擦力，使粉料顆粒相對移動重新排列比較容易，更有利于空氣的排除?？梢愿纳飘a(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而提高產(chǎn)品的耐壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，理論上產(chǎn)品的體積密度也會有所提高。5鎂砂細(xì)粉加入量鎂砂細(xì)粉是鎂碳質(zhì)耐火材料基質(zhì)的重要組成部分，直接決定了鎂碳質(zhì)耐火材料性能。根據(jù)武漢科技大學(xué)耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地 豐年等人所著廢棄鎂碳磚制備精煉鋼包用襯磚的研究，使用回收料（黑鎂砂）、電熔鎂砂、燒結(jié)鎂砂和鱗片石墨為原料，以熱固性酚醛樹脂為結(jié)合劑，并加入不同質(zhì)量的鎂砂細(xì)粉制