催化剂种类对低碳MgO-C耐火材料常温性能的影响

李亚格 王军凯 段红娟 梁峰 张海军

1）武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室 湖北武汉430081

2）河南理工大学材料科学与工程学院河南省深地材料科学与技术重点实验室 河南焦作454003

镁碳（MgO-C）耐火材料具备优异的抗渣侵蚀性和抗热震性能，被广泛应用于电炉、钢包等，市场需求巨大［1-4］。传统碳复合耐火材料中石墨含量达到10%～20%（w），不仅热损失大，而且使钢水含碳增高。因此，研究者们开发了低碳MgO-C耐火材料［5-6］，但仅仅直接减少石墨用量会显著降低耐火材料的抗渣侵蚀性和抗热震性［7-11］。

研究者在1991年发现了碳纳米管（CNTs）［12］，因其具有较大的比表面积和优异的性能而引起了广泛的关注和大量的研究［13-15］。许多研究者将CNTs引入含碳耐火材料中，以期提高低碳耐火材料的强度和抗热震性能。Zhu等［16］以鳞片石墨和CNTs为碳源，在相同的工艺条件下制备了MgO-C耐火材料，发现CNTs的加入对耐火材料起到了增强的作用。然而，CNTs直接作为碳源加入耐火材料中成本昂贵，并且易在材料内部发生团聚，严重限制了耐火材料性能的提升［17］。

因此，本工作中以低成本的硝酸铁、硝酸钴和硝酸镍为催化剂，通过催化热解酚醛树脂的方法在MgO-C耐火材料中原位生成CNTs、SiC晶须，对比了三种催化剂的催化效果，并研究了原位生成的CNTs、SiC晶须（SiCw）对MgO-C耐火材料性能的影响。

1 试验

试验用原料为：硝酸铁（Fe（NO3）3·9H2O，纯度≥99%），硝酸镍（Ni（NO3）2·6H2O，纯度≥99%），硝酸钴（Co（NO3）2·6H2O，纯度≥99%），电熔镁砂颗粒（5～3、3～1和≤1 mm）及细粉（≤0.088 mm），鳞片石墨（150μm），Si粉（10μm）和酚醛树脂。

先将硝酸铁、硝酸镍及硝酸钴分别溶于无水乙醇，再将其加入到酚醛树脂中（控制镍、钴、铁的含量分别为酚醛树脂质量的0.75%），搅拌均匀后先80℃固化12 h，再120℃固化24 h。……