·258 工程科学学报，第40卷，第3期 (a) 膨胀石墨 图8AIN(a)及膨胀石墨(b)在镁碳砖中显微组织切 Fig.8 Microstructure of AIN (a)and expanded graphite (b)in MgO-C bricks 2 组分纳米化及石墨改性等方面的研究比较多，这也 碳砖的结构强度；但无论树脂碳还是石墨，其最大的 成为比较有活力的研究方向.Zu等P圆对比了3种 弱点都是容易氧化.因此，防氧化剂在镁碳砖出现 不同形态的纳米碳源（纳米炭黑、碳纳米管、氧化石 以后一直就是研究的热点和重点 墨烯)对镁碳砖显微组织、力学性能、抗热震性等影 镁碳砖中的碳氧化的途径主要有两种，其一是 响，同时，将这些结果与在相同条件下制备的含有 气相组分对碳的氧化，其二是熔渣或钢中的氧化组 10%质量分数的片状石墨的常规镁碳砖进行比较. 分的氧化.熔渣或钢中的氧化组分主要是(Fe,O)和 纳米碳的加入在1000和1400℃时对不同数量和形 [O]等；这种氧化是在伴随着相应液相向镁碳砖中 态的陶瓷相的原位形成产生了积极的影响，从而影 的渗入而发生的，如式(1)和式(2)： 响其力学性能和抗热震性能，其中，添加了碳纳米管 Fe,O+C-xFe+CO (1) 和炭黑的镁碳砖具有较高的残余强度保持率，使得 MnO+C-Mn CO (2) 其在添加质量分数为5%时就具有和常规镁碳砖相 防氧化剂就是阻止气相和液相对石墨的氧化. 同的抗热震性，图9分别为1400℃时添加了3种不 目前用于镁碳砖的防氧化剂主要有金属类和非金属 同碳源的镁碳砖的断面形貌图. 类.金属类防氧化剂主要有Al、Si、Al一Mg等，而非 碳含量对镁碳砖的抗渣性能比较有利，但是在 金属类主要有B,C、ZB,、SiC等 治炼像石油工业用的管线钢X60~80、汽车轮胎用 金属类防氧化剂中应用最多的是金属A1粉，其 的帘线钢等时，则要求镁碳砖的碳含量要尽量低些， 在高温下首先与碳反应生成A山，C3,而Al,C,又同 这就是镁碳砖低碳化， C0(g)等反应，具体的作用机理如下： 2.2防氧化性 4Al +3C =Al C3 (3) 镁碳砖是镁砂和碳的复合材料，其中，石墨是抑 2A1+3C0=A203+3C (4) 制熔渣渗透和抗侵蚀性的关键，而树脂碳构筑了镁 Al,C3+6C0=2AL,03+9C (5) (b) 图91400℃时添加不同纳米碳源的镁碳砖断面形貌图圆.()氧化石墨烯：(b)碳纳米管：(c)炭黑 Fig.9 SEM micrographs of fracture surfaces of different Mgo-C bricks cooked at 1400C (a)graphite oxide nanosheets:(b)carbon nano- tubes:(c)carbon black工程科学学报，第 40 卷，第 3 期 图 8 AlN( a) 及膨胀石墨( b) 在镁碳砖中显微组织［27］ Fig． 8 Microstructure of AlN ( a) and expanded graphite ( b) in MgO--C bricks ［27］ 组分纳米化及石墨改性等方面的研究比较多，这也 成为比较有活力的研究方向． Zhu 等［28］对比了 3 种 不同形态的纳米碳源( 纳米炭黑、碳纳米管、氧化石 墨烯) 对镁碳砖显微组织、力学性能、抗热震性等影 响，同时，将这些结果与在相同条件下制备的含有 10% 质量分数的片状石墨的常规镁碳砖进行比较． 纳米碳的加入在 1000 和 1400 ℃ 时对不同数量和形 态的陶瓷相的原位形成产生了积极的影响，从而影 响其力学性能和抗热震性能，其中，添加了碳纳米管 和炭黑的镁碳砖具有较高的残余强度保持率，使得 其在添加质量分数为 5% 时就具有和常规镁碳砖相 同的抗热震性，图 9 分别为 1400 ℃ 时添加了 3 种不 同碳源的镁碳砖的断面形貌图． 图 9 1400 ℃时添加不同纳米碳源的镁碳砖断面形貌图［28］． ( a) 氧化石墨烯; ( b) 碳纳米管; ( c) 炭黑 Fig． 9 SEM micrographs of fracture surfaces of different MgO--C bricks cooked at 1400 ℃［28］: ( a) graphite oxide nanosheets; ( b) carbon nano￾tubes; ( c) carbon black 碳含量对镁碳砖的抗渣性能比较有利，但是在 冶炼像石油工业用的管线钢 X60 ～ 80、汽车轮胎用 的帘线钢等时，则要求镁碳砖的碳含量要尽量低些， 这就是镁碳砖低碳化． 2. 2 防氧化性 镁碳砖是镁砂和碳的复合材料，其中，石墨是抑 制熔渣渗透和抗侵蚀性的关键，而树脂碳构筑了镁 碳砖的结构强度; 但无论树脂碳还是石墨，其最大的 弱点都是容易氧化． 因此，防氧化剂在镁碳砖出现 以后一直就是研究的热点和重点． 镁碳砖中的碳氧化的途径主要有两种，其一是 气相组分对碳的氧化，其二是熔渣或钢中的氧化组 分的氧化． 熔渣或钢中的氧化组分主要是( FexO) 和 ［O］等; 这种氧化是在伴随着相应液相向镁碳砖中 的渗入而发生的，如式( 1) 和式( 2) : FexO + C→xFe + CO ( 1) MnO + C→Mn + CO ( 2) 防氧化剂就是阻止气相和液相对石墨的氧化． 目前用于镁碳砖的防氧化剂主要有金属类和非金属 类． 金属类防氧化剂主要有 Al、Si、Al--Mg 等，而非 金属类主要有 B4C、ZrB2、SiC 等． 金属类防氧化剂中应用最多的是金属 Al 粉，其 在高温下首先与碳反应生成 Al4 C3，而 Al4 C3 又同 CO( g) 等反应，具体的作用机理如下: 4Al + 3C = Al4C3 ( 3) 2Al + 3CO = Al2O3 + 3C ( 4) Al4C3 + 6CO = 2Al2O3 + 9C ( 5) · 852 ·