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低碳镁碳质耐火材料结合剂的选择

发布日期： 2020-04-02 09:29:34 阅读量（460）作者：刘梓明

镁碳质耐火材料因其优异的热震稳定性，耐腐蚀性以及高使用寿命等特性而被广泛用于炼钢行业。近年来，随着洁净钢的冶炼和低能耗、环保意识的日益增强，在冶炼过程中的增碳行为以及石墨资源的不可再生性，使低碳化成为镁碳质耐火材料的发展趋势。在低碳镁炭耐火材料的生产过程中，其结合剂的选择有以下两种：

1、酚醛树脂

目前，酚醛树脂是含碳耐火材料普遍使用的一种结合剂。主要通过甲醛和苯酚作为原料，酸(碱)性催化剂经加成缩聚反应制得。当苯酚和甲醛的比例不同以及采用不同催化剂制备时，可得到不同理化性能的热固性酚醛树脂和热塑性酚醛树脂(也称酚醛清漆)。若按产品的形态分类，可分为液态酚醛树脂和固态酚醛树脂，固态酚醛树脂又可分块状，粒装和粉末状，液态树脂可分为水溶性酚醛树脂和醇溶性酚醛树脂。

（酚醛树脂）

作为含碳耐火材料的结合剂，酚醛树脂可以通过加热完成固化来赋予材料的早期强度。热固性酚醛树脂可以通过直接加热的方式进行固化，而热塑性酚醛树脂则需要加入固化剂(乌洛托品)并加热的方式完成固化。树脂的固化-炭化过程是一个复杂的反应过程，并伴随着大量的官能团缩合与分解。目前，被广泛接受的热固性酚醛树脂热解机理主要分为三个阶段：

(1)热解温度在200~500℃。在此过程中，树脂中大量的羟甲基苯酚发生缩合反应，生成亚甲基苯酚或者二苄醚等物质的同时生成水蒸气(如图1a和1b)，亚甲基发生交联反应形成了大分子的芳香烃长链，这也是酚醛树脂固化的主要过程。亚甲基苯酚或羟甲基苯酚上的官能团发生交联反应并生成了CO和CO2和H2O。

(2)热解温度在450~750℃。该过程中芳香烃长链中的亚甲基或醚键开始发生断裂进一步导致了聚合物链骨架的毁坏。产生一些小分子气体如H2，CO，CH4等的同时分解出苯酚，2,4二甲基苯酚或萘等芳香族化合物。

(3)热解温度在700~900℃。随着热解温度的进一步增加，破碎后的聚合物发生多环反应形成非常紊乱的三维结构的碳，同时伴随着羟基，烷基等自由基的相互作用形成H2，CH4等气体。

图1酚醛树脂的固化反应

2、沥青

沥青是在蒸馏或者裂化过程中，根据沸点不同提取分馏物后的黑褐色复杂物，由芳香族和脂肪族为主组成的混合物。它主要分为两类：煤焦油沥青和石油沥青，耐火材料用沥青主要为煤焦油沥青。由于其残碳率高，成本低廉，沥青作为结合剂在工业上仍有一定应用。然而，煤焦油沥青在耐火材料制备过程中会释放出有毒有害气体危害身体健康，因此在使用沥青时应做好净化工作和保护措施。