Pesquisa sobre a aplicação de materiais nano-carbono como o grafeno em refratários - máquina de embalagem de grafite PUDA

2 A influência de materiais de nano-carbono em refratários de multicarbono

A fonte de carbono citada em refratários contendo carbono tradicional é principalmente grafite. De acordo com a quantidade de grafite, ele é dividido em refratários multicarbono e refratários com baixo teor de carbono. É geralmente acreditado que os refratários contendo carbono com teor de grafite não superior a 8% tornam-se refratários de baixo carbono e refratários contendo carbono com teor de grafite superior a 8% tornam-se refratários multicarbono.

Estudos têm demonstrado que a introdução do grafite pode aumentar a resistência ao choque térmico e à corrosão de produtos refratários. No entanto, se o teor de grafite for muito alto, a resistência à oxidação dos produtos refratários piorará. O grafite irá interagir com o ar durante o uso em alta temperatura. O oxigênio reage para gerar gases CO e CO2, que aumentam a porosidade dos produtos refratários, reduzem a resistência à corrosão dos materiais refratários e, com isso, reduzem a vida útil dos materiais refratários; carbono excessivo no processo siderúrgico, aumentará o teor de carbono no aço fundido, que é um fator influente que não favorece a produção de aço de baixo carbono e aço limpo; o processo de perda de carbono é acompanhado por uma grande quantidade de perda de calor, o que não é propício à economia de energia e redução de emissões no processo de siderurgia, e aumenta o custo de produção da siderurgia. . No entanto, se o teor de grafite for reduzido sozinho, a resistência ao choque térmico e a resistência à corrosão dos produtos refratários serão bastante reduzidas. Não é favorável à preservação das propriedades refratárias.

Nanotubos de carbono e grafeno em nanomateriais de carbono foram descobertos pela primeira vez em 1991 e 2004, respectivamente. Por causa de suas propriedades únicas, eles atraíram a atenção de muitos estudiosos. Ao mesmo tempo, espera-se que melhorem as propriedades mecânicas dos refratários com baixo teor de carbono. Fonte de carbono. Muitos estudiosos estudaram a influência dos materiais nano-carbono nas propriedades dos materiais refratários no contexto do multicarbono, e obtiveram muitos resultados. Por exemplo, Zhu et al. usaram nanotubos de carbono para substituir parcial ou completamente a grafite em flocos e usaram o mesmo processo de preparação para preparar refratários de magnésio-carbono. E estudou as diferenças na microestrutura, propriedades mecânicas e resistência ao choque térmico de refratários de magnésia-carbono com nanotubos de carbono como fonte de carbono e grafite em flocos como fonte de carbono. Experimentos mostram que quando os nanotubos de carbono são usados ​​como fonte de carbono e sinterizados a 1000 ° C e 1400 ° C, eles exibem propriedades mecânicas mais altas do que as fontes de carbono grafite. Este resultado mostra que nanotubos de carbono são utilizados como fonte de carbono para serem adicionados a produtos refratários de magnésia-carbono. Os produtos refratários de magnésia-carbono podem ser reforçados e temperados. Para a comparação da resistência ao choque térmico de refratários de magnésia-carbono, também apresenta melhor desempenho do que a grafite em flocos. A resistência ao choque térmico dos refratários de magnésia-carbono com 5% de nanotubos de carbono é equivalente à dos refratários de magnésia-carbono com 10% de grafite em flocos.

QinghuWang et al. refratários de Al2O3-C preparados contendo nanofolhas de óxido de grafeno (GONs) com alumínio, silício e SiO2 como aditivos. Os resultados mostraram que, em comparação com refratários de Al2O3-C sem GONs, refratários de Al2O3-C dopados com GONs. O módulo de temperatura normal de ruptura (CMOR) do material&# 39, módulo de flexão (E), curvas de força e deslocamento e outras propriedades mecânicas foram melhorados. Esta melhoria é atribuída ao efeito de fortalecimento dos GONs a 800 ℃ e ao efeito de fortalecimento sinérgico com flocos de grafite e formação de bigodes in-situ a 1000 ~ 1400 ℃. A Tabela 1 mostra os dados específicos do experimento.

Tabela 1 Módulo de ruptura à temperatura ambiente e módulo de flexão de diferentes quantidades de amostras de nanofolhas de óxido de grafeno disparadas em diferentes temperaturas

Tianbin Zhu et al. estudou os efeitos de nanofolhas de óxido de grafite (GONS), nanotubos de carbono (CNT) e negro de fumo (CB) na evolução da microestrutura, propriedades mecânicas e propriedades termomecânicas de refratários de magnésia-carbono. É comparado com os refratários tradicionais de magnésia-carbono contendo 10% de grafite em flocos preparados nas mesmas condições. Devido à existência de nanocarbono e à formação in situ da fase cerâmica no MA. O componente contendo nanotubo de carbono tem um módulo de ruptura a frio mais alto após coqueificação a 1000 ° C e 1400 ° C, e a adição de nanocarbono melhora a resistência ao choque térmico do material.

AtulVMaldhure et al. usou nitrato de níquel como catalisador e resina fenólica como aglutinante para estudar o efeito da síntese in situ de nanotubos de carbono nas propriedades de refratários de magnésio-alumínio-carbono. Experimentos mostram que nitrato de níquel a 3% pode catalisar a modificação e rearranjo estrutural da resina fenólica no processo de tratamento térmico para formar nanotubos de carbono, e a síntese in-situ de nanotubos de carbono aumenta as propriedades mecânicas de produtos refratários de magnésio-alumínio-carbono. As resistências à compressão à temperatura ambiente de 800 ℃, 1000 ℃, 1200 ℃ e 1400 ℃ são aumentadas em 10,15%, 30,75%, 41,09%, 25,62% respectivamente. Ao mesmo tempo, a densidade de volume do produto aumenta e a porosidade diminui, resultando em uma melhoria adicional da resistência à oxidação dos produtos refratários de magnésio-alumínio-carbono.

Guo Wei et al. usou ferroceno como catalisador e resina fenólica como aglutinante para estudar o efeito da adição de ferroceno no desempenho de refratários de alumínio-carbono. O experimento mostrou que a adição de ferroceno deve estar na faixa de 0-2%, principalmente após tratamento térmico a 1000 ° C, é benéfico para melhorar as propriedades mecânicas do produto, e porque a adição de ferroceno catalisa a resina fenólica no processo de tratamento térmico, o interior do produto forma nanomateriais de carbono in situ, e os nanomateriais de carbono formados in situ ajudam. Ele reage com o aditivo Si para formar bigodes de β-SiC, o que melhora ainda mais a resistência do refratário de alumínio-carbono. No entanto, a adição de catalisador não pode alterar a resistência à oxidação dos refratários de alumínio-carbono.

No contexto do multicarbono, as propriedades mecânicas dos materiais refratários podem ser melhoradas, não importa se os nanomateriais de carbono são adicionados diretamente ou os nanomateriais de carbono são sintetizados in situ. Após o tratamento térmico, os materiais de grafite e nano-carbono melhoram em conjunto as propriedades mecânicas dos materiais refratários. Quando um certo antioxidante é adicionado a produtos refratários, os materiais de nanocarbono são mais propensos a interagir com os bigodes cerâmicos com certas propriedades antioxidantes e melhorar ainda mais as propriedades refratárias. dureza. Devido à existência de certos defeitos em materiais de nano-carbono, oxidação e alteração estrutural são propensas a ocorrer, resultando em materiais de nano-carbono que não podem substituir completamente a grafite como uma fonte de carbono sob um fundo de multi-carbono, e o efeito de substituição parcial o grafite como fonte de carbono é relativamente bom.

No entanto, sob o pano de fundo do multicarbono, quando os nanomateriais de carbono são adicionados diretamente, a pesquisa sobre o mecanismo de mudança de estrutura dos nanomateriais de carbono com o aumento da temperatura ainda é obscura, especialmente em temperaturas acima de 1400 ℃, a pesquisa não foi envolvido demais. Em diferentes atmosferas, como a influência da atmosfera oxidante e da atmosfera redutora em materiais de nanocarbono, a pesquisa mencionada acima não fez pesquisas direcionadas. O processo de introdução de materiais nano-carbono pelo método de crescimento in-situ pode catalisar o mecanismo de reflexão de concreto de bigodes de fase cerâmica até certo ponto, e precisa de uma discussão mais aprofundada.

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