三氧化二铝-碳化硅-碳浇注料防氧化技术研究进展

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2021-0453

摘要/Abstract

摘要：

综述了三氧化二铝-碳化硅-碳浇注料防氧化技术的防氧化效果以及对材料性能、组成和结构的影响，根据含碳耐火材料的氧化损毁机理，主要分析了防氧化剂的两种作用形式即优先碳源氧化法和优化碳源法。防氧化剂法除了优先碳源氧化生成金属氧化物和碳化物阻止含碳材料的氧化外，还可以通过固相反应生成液相等物质堵塞材料内部气孔提升材料的致密度阻止氧气的进入来提高防氧化效果，优化碳源法则通过复合碳源以及在碳源的表面添加涂层达到一定的防氧化效果。详细阐述了3种方法的工艺特点以及目前存在的问题，并对其发展方向进行了展望，为开发新型三氧化二铝-碳化硅-碳浇注料防氧化技术提供参考。

关键词: 三氧化二铝, 碳化硅, 碳, 浇注料, 防氧化

Abstract:

The anti-oxidation effect of Al₂O₃-SiC-C castable anti-oxidation technology and its influence on the material properties，composition and structure were summarized.According to the oxidation damage mechanism of carbon-containing refractories，two action forms of antioxidant，namely preferential carbon source oxidation method and optimized carbon source method were mainly analyzed.In addition to preferential oxidation of carbon sources to produce metal oxides and carbides to prevent the oxidation of carbon-containing materials，the anti-oxidant method could also improve the anti-oxidation effect by generating liquid equivalent substances through solid-phase reaction to block the pores in the materials，improve the density of the materials and prevent the entry of oxygen.The optimization of carbon source achieved a certain anti-oxidation effect by compound carbon source and adding coating on the surface of carbon source.The process characteristics of the three methods and the existing problems were described in detail，and the development direction was prospected，which provided a reference for the development of a new type of Al₂O₃-SiC-C castable anti-oxidation technology.

Key words: Al₂O₃, SiC, C, castable, anti-oxidation

中图分类号:

TQ175.732

倪薇,李明晖,李赛赛,李灿华,高青青,彭家云. 三氧化二铝-碳化硅-碳浇注料防氧化技术研究进展[J]. 无机盐工业, 2022, 54(7): 42-48.

NI Wei,LI Minghui,LI Saisai,LI Canhua,GAO Qingqing,Peng Jiayun. Research progress on anti-oxidation technology of Al₂O₃-SiC-C castable[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2022, 54(7): 42-48.

图/表 8

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

参考文献 43

1	尹玉成，梁永和，葛山.高炉出铁沟用Al₂O₃-SiC-C质浇注料的研究进展［J］.材料导报，2012，26（S2）：394-397.
	YIN Yucheng， LIANG Yonghe， GE Shan.Research progress of Al₂O₃-SiC-C castables for blast furnace main troughs［J］.Materials Review，2012，26（S2）：394-397.
2	张艳利，胡太平，贾全利.影响Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料使用寿命的因素及改进措施［J］.耐火与石灰，2015，40（2）：4-7，11.
	ZHANG Yanli， HU Taiping， JIA Quanli.Factors of influence on service life of Al2O3-SiC-C based castables of iron runner and improvements［J］.Refractories & Lime，2015，40（2）：4-7，11.
3	LÓPEZ-PERALES J F， CONTRERAS J E， VÁZQUEZ-RODRÍGUEZ F J，et al.Partial replacement of a traditional raw material by blast furnace slag in developing a sustainable conventional refractory castable of improved physical-mechanical properties［J］.Journal of Cleaner Production，2021，306.Doi：10.1016/j.jclepro.2021.127266 . doi: 10.1016/j.jclepro.2021.127266
4	GU Wenjing， ZHU Lingling， SHANG Xuejun，et al.Effect of particle size of calcium aluminate cement on volumetric stability and thermal shock resistance of CAC-bonded castables［J］.Journal of Alloys and Compounds，2019，772：637-641.
5	PILLI V， SARKAR R.Effect of spinel content on the properties of Al2O3-SiC-C based trough castable［J］.Ceramics International，2016，42（2）：2969-2982.
6	OTROJ S， BAHREVAR M A， MOSTARZADEH F，et al.The effect of deflocculants on the self-flow characteristics of ultra low-cement castables in Al2O3-SiC-C system［J］.Ceramics International， 2005，31（5）：647-653.
7	SHAN Jiangbo， LI Yawei， LIAO Ning，et al.Critical roles of synthetic zeolite on the properties of ultra-low cement-bonded Al2O3-SiC-C castables［J］.Journal of the European Ceramic Society，2020，40（15）：6132-6140.
8	PAN Nan.Corrosion mechanism analysis of Al2O3-SiC-C casta-
	ble［J］.Advances in Science and Technology，2014，92：258-263.
9	ZHOU Pingyi， QIU Xin， LUO Zhongtao，et al.Effect of firing atmosphere on the microstructure and properties of Al2O3-SiC-C casta-
	bles［J］.Ceramics International，2021，47（10）：14280-14289.
10	LUZ A P， HUGER M， PANDOLFELLI V C.Hot elastic modulus of Al2O3-SiC-SiO2-C castables［J］.Ceramics International，2011，
	37（7）：2335-2345.
11	MAHATO S， PRATIHAR S K， BEHERA S K.Fabrication and properties of MgO-C refractories improved with expanded graphite［J］.Ceramics International，2014，40（10）：16535-16542.
12	MUKHERJEE S， PRAMANIK S， MUKHERJEE S.A comprehensive review of recent advances in magnesia carbon refractories［J］.Interceram - International Ceramic Review，2014，63（3）：90-98.
13	代黎明，肖国庆，丁冬海.含碳耐火材料防氧化技术综述［J］.材料导报，2021，35（3）：3057-3066.
	DAI Liming， XIAO Guoqing， DING Donghai.Review of oxidation resistance technology of carbon-containing refractories［J］.Materials Reports，2021，35（3）：3057-3066.
14	LIU Guangping， JIN Xuejun， QIU Wendong，et al.The effect of microsilica on the oxidation resistance of Al2O3-SiC-SiO2-C cas-tables with Si and B4C additives［J］.Ceramics International，2016，42（1）：251-262.
15	LI Yichong， ZHAO Huizhong， ZHANG Han，et al.Enhancement and explosion-proof mechanism of aluminum fiber addition in Al2O3-SiC-C castables for iron runner［J］.Ceramics International， 2019，45（17）：22723-22730.
16	李亚雄，李享成，朱伯铨.复合抗氧化剂加入量对Al2O3-SiC-C浇注料性能的影响［J］.耐火材料，2013，47（5）：345-347.
	LI Yaxiong， LI Xiangcheng， ZHU Boquan.Effect of composite antioxidant additions on properties of Al2O3-SiC-C castables［J］.Refractories，2013，47（5）：345-347.
17	王敬兰，解西军，李培孝，等.金属硅粉加入量对铁沟浇注料性能的影响［J］.山东冶金，2017，39（4）：44-45，49.
	WANG Jinglan， XIE Xijun， LI Peixiao，et al.Effect of silicon metal powder addition on properties of iron runner castable［J］.Shandong Metallurgy，2017，39（4）：44-45，49.
18	李新健，柯昌明，李楠.含碳耐火材料的防氧化方法［J］.耐火材料，2006，40（2）：133-135，142.
	LI Xinjian， KE Changming， LI Nan.Review of research on oxidation resistance of carbon-containing refractories［J］.Refractories，2006，40（2）：133-135，142.
19	黄健，韩兵强，鄢文，等.BN粉加入量对Al2O3-SiC-C浇注料性能的影响［J］.耐火材料，2019，53（5）：354-358.
	HUANG Jian， HAN Bingqiang， YAN Wen，et al.Effect of BN addition on properties of Al2O3-SiC-C castables［J］.Refractories，2019，53（5）：354-358.
20	涂军波，魏军从，李朝云.B4C加入量对Al2O3-SiC-C铁沟浇注料力学性能的影响［J］.耐火材料，2009，43（1）：19-22.
	TU Junbo， WEI Juncong， LI Chaoyun.Effect of B4C addition on mechanical properties of Al2O3-SiC-C based castables for iron trough［J］.Refractories，2009，43（1）：19-22.
21	张连进，王义龙，张宏进，等.硼化钙加入量对Al2O3-SiC-C铁沟浇注料性能的影响［J］.耐火材料，2016，50（1）：60-
63	ZHANG Lianjin， WANG Yilong， ZHANG Hongjin，et al.Effect of CaB6 addition on mechanical properties of Al2O3-SiC-C based castables for iron trough［J］.Refractories，2016，50（1）：60-
22	SHAN Jiangbo， LIAO Ning， LI Yawei，et al.Influences of novel Si2BC3N antioxidant on the structure and properties of Al2O3-SiC-C castables：In air and coke bedded atmosphere［J］.Ceramics International，2019，45（3）：3531-3540.
23	陈俊红，孙加林，邓小玲，等.氮化硅铁在Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料中的防氧化行为［J］.耐火材料，2005，39（1）：50-
53	CHEN Junhong， SUN Jialin， DENG Xiaoling，et al.Influence of Ferro-Si3N4 on oxidation resistance of Al2O3-SiC-C castable for trough［J］.Refractories，2005，39（1）：50-53.
24	姜乐，张连进，于凌月，等.ZrB2加入量对ASC铁沟浇注料性能的影响［J］.耐火材料，2017，51（3）：219-221.
	JIANG Le， ZHANG Lianjin， YU Lingyue，et al.Effect of ZrB2 addition on mechanical properties of Al2O3-SiC-C based castables for iron trough［J］.Refractories，2017，51（3）：219-221.
25	丁金星.红柱石的粒度、组成和加入量对铝硅碳化硅耐火材料性能的影响［D］.郑州：郑州大学，2014.
	DING Jinxing.Influence of andalusite particle size，composition and addition on properties of bauxite-silicon carbide brick［D］.Zhengzhou：Zhengzhou University，2014.
26	BIE Chuanyu， SANG Shaobai， LI Yawei，et al.Research of Al2O3-SiC-C refractories as chromia-free lining for gasifier［J］.Ceramics International，2016，42（12）：14161-14167.
27	LIAN Jianwei， ZHU Boquan， LI Xiangcheng，et al.Growth mechanism of in situ diamond-shaped mullite platelets and their effect on the properties of Al2O3-SiC-C refractories［J］.Ceramics International，2017，43（15）：12427-12434.
28	LI Xiangcheng， LI Yaxiong， CHEN Liufang，et al.Matrix structure evolution and thermo-mechanical properties of carbon fiber-reinforced Al2O3-SiC-C castable composites［J］.Materials Research Bulletin，2015，61：201-206.
29	DING Dafei， TIAN Xuekun， YE Guotian，et al.Effect of andalusite aggregates on oxidation resistance of Al2O3-SiC-C castabl-
	es［J］.Ceramics International，2019，45（15）：19237-19241.
30	CHEN Anbang， WANG Xiaoyu， ZHOU Wenying，et al.Oxidation resistance of Al2O3-SiC-C castables with different grades of andalusite［J］.Journal of Alloys and Compounds，2021，851.Doi：10 . doi: 10
	1016/j.jallcom.2020.156836. doi: 10
31	CHEN Anbang， FU Yunhe， MU Yuandong，et al.Oxidation resistance of andalusite-bearing Al2O3-SiC-C castables containing reduced anti-oxidant［J］.Ceramics International，2021，47（10）：14579-14586.
32	朱遂宾，杨利朋.蓝晶石粉加入量对Al2O3-SiC-C浇注料性能的影响［J］.硅酸盐通报，2014，33（5）：1259-1263.
	ZHU Suibin， YANG Lipeng.Effect of cyanite powder content on performance of Al2O3-SiC-C based castable［J］.Bulletin of the Chinese Ceramic Society，2014，33（5）：1259-1263.
33	姜晟，聂建华，邱文冬，等.钛铝酸钙加入量对出铁沟浇注料抗氧化性的影响［J］.耐火材料，2018，52（5）：338-341.
	JIANG Sheng， NIE Jianhua， QIU Wendong，et al.Influence of calcium alumino-titanate addition on oxidation resistance of casta-
	bles for iron runners［J］.Refractories，2018，52（5）：338-341.
34	BI Yubao， ZHANG Haijun， WANG Huifang，et al.Catalytic fabrication of SiC/SiO2 coated graphite and its behaviour in Al2O3-C castable systems［J］.Ceramics International，2019，45（13）：
	16180-16187.
35	肖盛.碳源对Al2O3-SiC-C质出铁沟用浇注料性能的影响［J］.现代冶金，2011，39（6）：17-18.
	XIAO Sheng.Effect of carbon source on properties of Al2O3-SiC-C based castables for iron trough［J］.Modern Metallurgy，2011，39（6）：17-18.
36	王冠，张三华，张新，等.不同石墨碳源对MgO-C浇注料性能的影响［J］.耐火材料，2012，46（6）：417-420.
	WANG Guan， ZHANG Sanhua， ZHANG Xin，et al.Influences of different graphite carbon sources on properties of MgO-C casta-
	bles［J］.Refractories，2012，46（6）：417-420.
37	邱海龙，叶方保，钟香崇.改性石墨对矾土基浇注料性能的影响［J］.耐火材料，2005，39（6）：422-425.
	QIU Hailong， YE Fangbao， ZHONG Xiangchong.Influence of processed graphite on properties of graphite-containing bauxite-bas-
	ed castables［J］.Refractories，2005，39（6）：422-425.
38	杨燕，李林，贺智勇，等.加入造粒石墨对低水泥氧化铝基浇注料性能的影响［J］.耐火材料，2009，43（5）：354-358.
	YANG Yan， LI Lin， HE Zhiyong，et al.Effect of pelletized graphite addition on property of low cement alumina based castables［J］.Refractories，2009，43（5）：354-358.
39	LIU Zhenglong， DENG Chengji， YU Chao，et al.Molten salt synthesis and characterization of SiC whiskers containing coating on graphite for application in Al2O3-SiC-C castables［J］.Journal of Alloys and Compounds，2019，777：26-33.
40	赵臣瑞，张三华，王冠，等.造粒石墨加入量对Al2O3-SiC-C质浇注料性能的影响［J］.耐火材料，2014，48（1）：54-57.
	ZHAO Chenrui， ZHANG Sanhua， WANG Guan，et al.Effect of
	pelletized graphite addition on properties of Al 2 O3-SiC-C casta-
	bles［J］.Refractories，2014，48（1）：54-57.
41	王玉龙，王玺堂，王周福，等.改性焦对Al2O3-SiC-C铁沟浇注料性能的影响［J］.耐火材料，2019，53（4）：302-307.
	WANG Yulong， WANG Xitang， WANG Zhoufu，et al.Effect of modified coke on properties of Al2O3-SiC-C castables for iron runner［J］.Refractories，2019，53（4）：302-307.
42	李德民，涂军波，刘进强，等.炭黑加入量对氧化铝-碳化硅-碳质铁沟浇注料性能的影响及材料的工业化应用［J］.硅酸盐通报，2019，38（5）：1604-1608.
	LI Demin， TU Junbo， LIU Jinqiang，et al.Effects of carbon black additions on the performances of Al2O3-SiC-C iron trough casta-
	bles and its industrial application［J］.Bulletin of the Chinese Ceramic Society，2019，38（5）：1604-1608.
43	杨强，李德民，张宏进，等.复合碳源对铁沟浇注料性能的影响［J］.工业加热，2020，49（2）：19-23.
	YANG Qiang， LI Demin， ZHANG Hongjin，et al.Effect of composite carbon source on properties of iron channel castable［J］.Industrial Heating，2020，49（2）：19-23.

[1]	张雅琪, 陈喜平, 孙宁宁. 阳极炭渣催化脱碳制备冰晶石工艺研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(3): 91-97.
[2]	杨坤, 任启霞, 董永刚, 刘飞, 姚梦琴, 曹建新. 煅烧温度对ZnGaZrO _x /SAPO-34催化性能的影响[J]. 无机盐工业, 2024, 56(2): 136-145.
[3]	李阳, 娄飞健, 隋鑫, 李克艳, 刘飞, 郭新闻. 氨基功能化气相二氧化硅材料的制备及其吸附二氧化碳性能研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(2): 38-43.
[4]	张利洁, 李德刚, 韩文渊, 徐会君, 张维民, 郁宸. 磷掺杂碳量子点的制备及活化过一硫酸盐降解亚甲基蓝[J]. 无机盐工业, 2024, 56(1): 126-133.
[5]	胡明亮, 周微, 李滨, 赖晓玲. 协同效应催化甲烷二氧化碳重整研究进展[J]. 无机盐工业, 2024, 56(1): 23-32.
[6]	邓寅祥, 陈朝轶, 王仕愈, 高莹雪, 彭爽. 槽电压对CaCl₂基熔盐电化学转化CO₂制备碳材料的影响[J]. 无机盐工业, 2024, 56(1): 40-46.
[7]	周兆安, 李俊, 刘小文, 周爱青, 毛谙章. 高化学需氧量工业废盐炭化除杂及精制工艺研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(9): 100-105.
[8]	李强, 由晓敏, 佘雪峰, 姜泽毅, 薛庆国, 王静松. 焙烧温度与碳结构对钙碳球团抗压强度的影响[J]. 无机盐工业, 2023, 55(9): 43-49.
[9]	常承兵, 刘生玉, 张雷, 杨志超, 郭建英, 栗褒. 钙硅酸盐矿物湿法碳酸化封存二氧化碳实验研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(9): 57-65.
[10]	周世奇, 王涛, 敬方梨, 罗仕忠. 硝酸镁改性碳分子筛分离氮气/甲烷的性能研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(9): 75-80.
[11]	陈燕萌, 莫慧玲, 钟家美, 杨鹏飞, 蓝峻峰. 碳化法制备多孔碳酸钙的工艺研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(8): 102-108.
[12]	赵炎, 郝雪薇, 时海南, 李佳慧, 李克艳, 郭新闻. 铜掺杂TiO₂/PCN异质结光催化还原二氧化碳性能研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(8): 21-27.
[13]	孙海杰, 程圆, 田源, 柳宏岩, 陈志浩. BiOI/g-C₃N₄催化剂的制备及其光催化降解罗丹明B性能[J]. 无机盐工业, 2023, 55(8): 36-44.
[14]	宋智佳, 王岁岁, 匡勤. 空心二氧化钛掺杂铜提升光催化二氧化碳还原性能[J]. 无机盐工业, 2023, 55(8): 45-50.
[15]	桂昌青, 王雅静, 凌长见, 王怀有, 唐忠锋. 氧化镁基二氧化碳吸附剂的制备及改性研究进展[J]. 无机盐工业, 2023, 55(8): 77-83.

首页

全国无机盐信息中心

中国化工学会

无机酸碱盐专业委员会