由于具有優(yōu)異的抗渣侵蝕性和抗熱震性，含石墨的不定形耐火材料成為二次精煉過程中鋼包襯里的理想候選材料。制備含石墨不定形耐火材料面臨的挑戰(zhàn)之一是石墨對水的潤濕性差。為了達到與傳統(tǒng)不定形耐火材料相同的可施工性，在混合過程中必須添加更多的水。然而，這些多余的水增加了干燥后耐火材料的氣孔率，影響最終產(chǎn)品的機械性能。日本的研究人員研究了降低石墨與水之間界面張力的方法，并系統(tǒng)研究了所選石墨的添加量對鋁鎂碳不定形耐火材料的力學性能、抗渣性和抗熱震性的影響。

首先研究了表面改性對兩種鱗片石墨（典型性能如表1所示）潤濕性的影響。采用氧等離子體處理和溶膠涂層技術對石墨表面進行改性。氧等離子體處理：將250 g鱗片石墨用氧等離子體處理20 min，通過增加石墨表面親水性官能團（羧基、羰基、環(huán)氧化物基等）的濃度來活化表面并增強潤濕性。溶膠涂層處理：將石墨與稀釋的親水性納米氧化鋁溶膠（AS-200，? 5-7 nm，pH 4-6，固含量10%）混合均勻。然后將混合物置于真空容器中15 min，以促進溶膠滲透并消除氣泡，然后在110 ℃下干燥3 h，形成均勻穩(wěn)定的涂層。

研究石墨的潤濕性：測量固定于玻璃基底上的石墨表面與2 μL蒸餾水液滴之間的接觸角。為分析石墨潤濕性差異的原因，采用XPS和SEM分別檢測了石墨表面的結合狀態(tài)和微觀形貌特征。

石墨的接觸角測量結果（如圖1所示）表明：石墨B與水的接觸角小于石墨A的，表明石墨B的水潤濕性更好；等離子體處理后的兩種石墨與水的接觸角顯著減小，表明潤濕性得到明顯改善。

圖1  接觸角測量結果

石墨顯微結構SEM照片顯示石墨A主要由鱗片顆粒組成；石墨B為鱗片狀和柱狀顆粒的混合形態(tài)，且其平均粒徑大于石墨A的。石墨B的柱狀結構和粒徑較大這些特點表明其活性點或親水官能團的濃度較高，使其親水性更好。為了進一步研究石墨的表面化學性能，對未經(jīng)處理的石墨A以及經(jīng)等離子體處理的石墨A進行了XPS分析。結果發(fā)現(xiàn)，等離子體處理后，其親水性含氧基團（C-O、C=O、C-OH）的相對量略有增加，而C=C和C-C官能團的量基本保持不變，表明等離子體處理可以提高石墨的潤濕性?？紤]到性能和處理成本之間的平衡，選擇未處理的石墨B作為鋁鎂碳耐火材料的碳源進行進一步研究。

根據(jù)表2制備鋁鎂碳不定形耐火材料試樣，原料按配比混合后，一部分混合料用于測定澆注料的流動特性，另一部分澆注到指定的模具中制備成尺寸為40 mm×40 mm×160 mm的試樣，在20 ℃下養(yǎng)護24 h脫模。澆注成形試樣干燥后在1 400 ℃埋焦炭熱處理3 h。測定熱處理后試樣的顯氣孔率和彈性模量?？乖囼灒簩崽幚砗螅? 400 ℃ 保溫3 h，埋焦炭）的試樣在1 650 ℃下進行旋轉抗渣侵蝕試驗1 h，侵蝕劑為配制的典型煉鋼爐渣（CaO/SiO2=4.2，T.Fe含量17.4%）?？篃嵴鹦栽囼灒簩⒃嚇蛹訜嶂? 400 ℃，并保溫15 min，然后水冷10 min。測量熱震前（E0）后（E1）動態(tài)彈性模量，并將E1/E0的比值用作抗熱震性的指標。

試驗結果顯示：隨著石墨含量的增加，澆注料的流動性降低，試樣的顯氣孔率升高，彈性模量降低。旋轉抗渣侵蝕試驗結果顯示，添加石墨試樣的渣粘附層厚度小于未加石墨的試樣，說明添加石墨可以改善抗渣侵蝕性。不同含量石墨的黏附層厚度幾乎相似，但是渣滲透厚度隨著石墨含量增加而增加，原因是隨著石墨含量增加，澆注料的需水量增加引起的顯氣孔率升高所致?？篃嵴鹪囼灲Y果顯示，隨著石墨加入量的增加，抗熱震性提高，盡管添加石墨導致試樣的機械強度降低，但可以提高試樣的整體導熱性和抗熱震性。

綜合以上研究發(fā)現(xiàn)，與石墨A相比，石墨B表現(xiàn)出更好的潤濕性。在鋁碳碳澆注料中添加石墨B，隨著石墨含量的增加，將需要額外的水達到所要求的的流動性，導致顯氣孔率升高。此外，隨著石墨含量的增加，彈性模量減小，抗熱震性提高。

（趙瑞編譯自《UNITECR2025會議文集》）