摘    要：利用钢包渣线用后镁碳砖再生料制备了钢包渣线再生镁碳砖,在再生料加入质量分数为80%的基础上,研究了酚醛树脂5323加入量(质量分数分别为3.25%、3.5%、3.75%、4.0%、4.25%)对再生镁碳砖致密度、强度和抗氧化性的影响。结果表明:1)随着酚醛树脂加入量的增加,200℃热处理后再生镁碳砖的致密度、常温耐压强度、常温抗折强度及高温抗折强度均增大,抗氧化性增强;2)随着酚醛树脂加入量的增加,900℃埋炭处理后试样的致密度增大,但当酚醛树脂加入量(w)达到4%后其致密度变化不大;3)再生镁碳砖中酚醛树脂加入量(w)以3.5%～4%为宜。

随着环保意识的增强,用后耐火材料的回收再利用越来越被重视。镁碳砖作为在钢包、转炉等广泛使用的耐火材料,其回收利用研究对减少环境污染和降低企业生产成本具有良好的社会效益和经济效益,国内外对此进行了较多研究[1,2,3,4,5,6,7]。

镁碳砖经使用后或在回收过程中经碾压后,砖中石墨的性状等方面将发生很大的变化,这对后面的再生利用将产生重大影响,尤其是影响树脂加入量的确定,而这方面的研究却少有报道。为此,利用来自某厂180 t钢包渣线的废弃镁碳砖的再生料,在再生料总加入量(w)为80%的基础上,研究了酚醛树脂加入量对再生镁碳砖性能的影响。

1试验

1.1 原料

用后钢包渣线镁碳砖来自某厂180 t钢包。通过合理的回收工艺获得的回收料的理化性能指标见表1。

表1 镁碳回收料的性能 

制备再生渣线镁碳砖用镁碳回收料及其他主要原料的化学组成见表2。结合剂采用热固性酚醛树脂5323,其黏度为175 Pa·s,w(残碳)=45.50%。

表2 原料的化学组成 

1.2 试样制备

按表3配料,在小型湿碾机上混料。先加入颗粒料预混2 min,再加入热固性酚醛树脂混3 min,最后加入粉料继续混练30 min。混好的泥料在200 t液压机上成型为40 mm×40 mm×130 mm样坯,在烘箱内于200 ℃热处理24 h。

表3 试样的配方

1.3 性能检测

按相关标准检测试样的显气孔率、体积密度、常温耐压强度、常温抗折强度和高温(1 400 ℃)抗折强度。

将200 ℃热处理后试样切割成40 mm×40 mm×40 mm的立方体样块,放入高温电阻炉中,以5 ℃·min-1的升温速率加热至1 100 ℃并保温3 h,自然冷却后,过试样中心并垂直于试样的4个面将试样剖开,测量未氧化部分面积,计算氧化率(未氧化部分面积占剖面面积的百分比),以此表征试样的抗氧化性。

由于镁碳砖经900 ℃处理后的试验数据能较好地反映镁碳砖在实际使用环境下使用后的状况,所以取部分200 ℃热处理后试样,在埋炭(石墨)条件下于900 ℃热处理3 h,冷却后按相关标准检测其显气孔率和体积密度。

2 结果与讨论

200 ℃热处理后试样的显气孔率和体积密度见图1。可以看出:随着树脂含量的增加,试样的体积密度增大,显气孔率减小。究其原因,一方面是树脂含量增加后泥料混练时可塑性变好,另一方面是树脂固化后还可以填充气孔。

图1 200 ℃热处理后试样的体积密度和显气孔率   

200 ℃热处理后试样的常温耐压强度和常温抗折强度见图2。

图2 200 ℃热处理后试样的常温耐压强度和常温抗折强度   

可以看出:随着树脂加入量的增加,试样的常温耐压强度和常温抗折强度均明显增大。这与其致密度增大相关;同时,随着树脂加入量的增加,200 ℃热处理后试样的碳网络结构增强。

试样的高温(1 400 ℃)抗折强度见图3。可以看出:随着树脂加入量的增大,试样的高温抗折强度增大,但是当酚醛树脂加入量(w)超过3.5%后,其高温抗折强度提高不大。随着树脂量加入量的增加,试样的致密度增大,树脂在高温下炭化形成的碳网状结构增强,因此其高温抗折强度增大。但是,当酚醛树脂超过一定量后,酚醛树脂挥发分挥发留下气孔的作用逐渐凸显,反而对试样的高温抗折强度不利。因此,酚醛树脂加入量要适中。

图3 试样的高温抗折强度   

900 ℃埋炭热处理后试样的体积密度和显气孔率见图4。可以看出:随着酚醛树脂加入量的增加,900 ℃埋炭热处理后试样的体积密度增大,显气孔率减小;当酚醛树脂加入量(w)达到4%后,二者变化不大。这是因为:随着酚醛树脂加入量的增加,热处理后试样的致密度增大;但当酚醛树脂超过一定量后,酚醛树脂挥发分挥发留下气孔的作用逐渐凸显,反而对试样致密度的增大不利。

图4 900 ℃埋炭热处理后试样的体积密度和显气孔率  

1 100 ℃保温3 h抗氧化试验结果见图5。可以看出:随着酚醛树脂加入量的增大,试样的氧化率增大,抗氧化性增强。这同样与试样致密度的增大相关。

图5 200 ℃热处理后试样的抗氧化性(1 100 ℃ 3 h)   

3 结论

(1)随着酚醛树脂加入量的增加,200 ℃热处理后再生镁碳砖的致密度、常温耐压强度、常温抗折强度及高温抗折强度均增大,抗氧化性增强。

(2)随着酚醛树脂加入量的增加,900 ℃埋炭处理后试样的致密度增大,但当酚醛树脂加入量(w)达到4%后其致密度变化不大。

(3)再生镁碳砖中酚醛树脂加入量(w)以3.5%～4%为宜。

（来源：中国知网）

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