金属Al／Si结合Al2O3-C滑板的使用损毁分析

用XRD、SEM、EDS和化学分析法对金属Al/Si结合Al2O3-C滑板用后的残砖进行了分析,用后滑板的结构可分为原砖带和工作带两部分。原砖带的主要变化特征为:从低温到高温Al、Si逐渐原位反应生成碳化物和氮化物,使滑板由金属结合转变为非氧化物结合,提高了滑板的高温强度和抗热震性;工作带的主要变化特征为:非氧化物逐渐被氧化,使高温强度降低。金属Al/Si结合Al2O3-C滑板使用损毁过程为:工作带中的非氧化物首先被氧化,氧化后结构疏松,强度降低,在铸孔处由高温钢水冲刷引起铸孔扩大,在滑动面处因机械摩擦造成滑动面拉毛。

添加 Al-TiO2复合粉对Al2O3-C 材料的影响

首先,以Al粉和钛白粉(Ti O2)为原料,分别采用凝胶注模法、普通混合法和振动球磨法制备成m(Al粉)∶m(Ti O2粉)=1∶3.5的Al-Ti O2复合粉,然后分别将这三种Al-Ti O2复合粉按5%(w)的比例引入Al2O3-C材料中,以120 MPa压力等静压成型为25 mm×25 mm×170 mm的试样,然后在埋炭(焦炭)条件下于1 300℃保温3 h热处理,研究了Al-Ti O2复合粉对Al2O3-C材料物理性能、抗热震性能和显微结构的影响。结果表明:在Al2O3-C材料中添加Al-Ti O2复合粉体能降低其显气孔率,提高其常温抗折强度和抗热震性,并以凝胶注模法制备的复合粉体的改善效果最明显;Al-Ti O2复合粉体在Al2O3-C材料中反应后生成内壁为致密陶瓷相的封闭孔洞;凝胶注模法制备的Al-Ti O2复合粉体中,Ti O2粉能更充分地包裹金属Al粉,防止Al粉与Al2O3-C材料中的C反应,减少Al4C3的生成。

烧成条件对Al2O3-C材料微结构与性能的影响

研究了不同的烧成温度及保温时间对Al_2O_3-C材料物理性能的影响,采用压汞仪和扫描电镜分析了其微观结构以及相组成的变化规律。结果表明,在实验温度范围内,低温烧成或低温条件下适当延长保温时间,有利于材料中SiC晶须的生成和生长发育,因此材料的显气孔率、体积密度、冷态耐压强度、热态抗折强度较高温条件下烧成的优越;提高烧成温度,SiC晶须发生继续氧化,导致SiC晶须数量减少,质量变差,并且硅-碳-氧反应可能更倾向于形成硅氧化物以及气体,这些气体物质逸出使材料的气孔增多,显气孔率增大,但同时也使材料中d<1μm的微气孔率增加。

溶剂和催化剂对低碳Al2O3-C材料性能的影响

研究了不同溶剂(乙醇EA、乙二醇EG、糠醇FA和糠醛FF)对酚醛树脂(PF)炭化残炭率的影响,以及不同溶剂(EA、FA、FF)和催化剂硝酸镍对埋碳热处理后低碳Al2O3-C材料试样致密度、常温强度、高温强度、抗热震性的影响。结果表明:1)酚醛树脂在800和1200℃的炭化残炭率均按所用溶剂EA、EG、FA、FF的顺序增大。2)溶剂种类和是否添加硝酸镍,对800和1200℃埋碳热处理后低碳Al2O3-C试样的致密度均没有影响。3)硝酸镍添加情况相同时,使用EA的低碳Al2O3-C试样的常温抗折强度和高温抗折强度与使用FA的差别很小,使用FF的低碳Al2O3-C试样的常温抗折强度和高温抗折强度均显著大于使用EA和FA的;溶剂相同时,添加硝酸镍的低碳Al2O3-C试样的常温抗折强度和高温抗折强度均比未添加硝酸镍试样的大。4)硝酸镍添加情况相同时,低碳Al2O3-C试样的抗热震性按所用溶剂EA、FA、FF的顺序增大;溶剂相同时,添加硝酸镍试样的抗热震性比未添加硝酸镍试样的高。

微晶石墨对不烧Al2O3-C耐火材料性能的影响

为了探寻微晶石墨替代鳞片石墨在含碳耐火材料中应用的可行性,以烧结板状刚玉、鳞片石墨、微晶石墨、Si粉、SiO2粉和α-Al2O3粉为原料,以热固性酚醛树脂为结合剂混合均匀后,在150MPa压力下压制成25mm×25mm×140mm的长条试样,经220℃保温24h后制备不烧Al2O3-C试样。研究了微晶石墨加入质量分数分别为0、2%、4%和6%对不烧Al2O3-C耐火材料性能的影响。结果表明:随着微晶石墨加入量的增加,试样的体积密度略有升高,常温抗折强度和耐压强度稍有提高,高温抗折强度有所增加,抗热震性稍有提高,抗渣侵蚀性有所下降。

连铸用Al2O3-C滑板研究现状与展望

Al2O3-C滑板具有良好的抗热震性和抗渣性能,能减少杂质引入以及防止钢水氧化,作为连铸控流功能耐火材料应用广泛,但由于含碳耐火材料容易氧化以及材料组成中氧化物和碳不易烧结等因素,因此存在抗氧化性差,高温强度低等缺点,力学性能有待进一步提高。滑板的原料、配比以及结合系统对其性能起到至关重要的作用。主要从添加剂、结合剂、碳源等方面论述铝碳滑板的研究现状,对铝碳滑板潜在的研究方向进行展望。

加入Si,Si/Al对高碳Al2O3-C材料抗热震性的影响

以电熔白刚玉、熔融石英(粒度≤0.5mm)为骨料,鳞片石墨(粒度≤0.15mm)、电熔白刚玉粉(粒度≤0.088mm和≤0.045mm)、Si粉(粒度≤0.074mm)、Al粉(粒度≤0.088mm)为基质,热固性酚醛树脂作结合剂,压制成25mm×25mm×125mm的试样,经200℃固化24h后,在埋炭条件下经1200℃下保温3h制成碳含量为30%的高碳Al2O3-C材料。分别用5%、10%、15%、20%的Si粉替代高碳Al2O3-C材料中的石墨研究其对试样抗热震性的影响;根据Si粉替代石墨的结果又研究了不同比例Si/Al粉(总量10%)替代石墨后对试样抗热震性的影响,并用SEM和XRD分析热震后试样的显微结构和物相组成。结果表明:(1)Si替代石墨量在5%～10%之间,试样的抗热震性基本保持不变,替代量大于10%以后试样的抗热震性下降。(2)Si/Al替代石墨量为10%时,改变Si/Al比例对试样抗热震性的影响不大。(3)适量Si,Si/Al基本保持Al2O3-C材料抗热震性的原因是原位生成非氧化物。

纳米NiO掺杂Carbores’P对Al2O3-C耐火材料力学性能的影响

为提高低碳铝碳耐火材料的力学性能,以≤1 mm的棕刚玉、Si粉和Carbores’P为原料,外加纳米NiO为催化剂,制备Al2O3-C基质试样,利用XRD、SEM、激光拉曼光谱研究纳米NiO对Carbores’P炭化产物的影响。以棕刚玉(粒度为5~3、3-1、≤1 mm)、电熔白刚玉粉、Si粉、鳞片石墨、Carbores’P、纳米NiO为原料制备低碳Al2O3-C试样,研究纳米NiO掺杂Carbore’P对试样力学性能的影响。结果表明:1400℃埋碳热处理后,添加纳米NiO能提高基质的石墨化度,促进碳纳米管和SiC晶须的生成;正是由于它们的生成,提高了Al2O3-C试样的致密度、常温强度和断裂前的位移量,使试样韧性增强。

泥料性能对不烧Al2O3-C滑板成型及使用效果的影响

为降低耐火材料生产成本,滑板生产从油浸、氮化、烧成逐步推广到不烧不浸。不烧不浸滑板由于没有经过高温处理,所以成型对泥料使用性能要求较高,而泥料使用性能对滑板外观以及使用后的效果影响也较大。

长寿命Al2O3-C连铸长水口的开发

在NKK·京浜制铁所的1号和3号CC(即连铸机)的大包和中包间，使用了长水口，以防止钢液氧化。

不烧不油浸金属-陶瓷复合Al2O3-C滑板的应用研究

研究开发了不烧不油浸金属-陶瓷复合Al2O3-C滑板,利用XRD、SEM和EDS对用后残砖的物相组成和显微结构进行了分析。结果表明:在使用过程中加入的金属Al粉原位反应生成了非氧化物增强相,其显微结构特征从以碳结合为主转化为以非氧化物及陶瓷结合为主。在使用时工作层的非氧化物和碳被氧化,形成脱碳层,导致结构疏松,强度降低,铸孔处由高温钢水冲刷引起孔径扩大,滑板工作面因机械摩擦造成滑动面拉毛。经批量使用,其寿命与高温烧成Al2O3-ZrO2-C滑板相当,优于高温烧成Al2O3-C滑板。

金属Zn粉对烧成Al_2O_3-C材料性能和显微结构的影响

通过改变金属Zn的加入量,研究了Zn含量对Al_2O_3-C材料烧结性能、力学性能的影响,同时借助于XRD、SEM等手段对试样的物相变化和显微结构进行了观察和分析。结果表明(1)金属Zn的加入可以显著改善Al_2O_3-C材料的烧结性能,当金属Zn的加入量为1.0%时,试样的体积密度和显气孔率分别达到了最大和最小值;(2)烧成铝碳材料的显微结构受金属Zn的影响较大,金属Zn的加入量为1.0%时,试样基质和骨料部分结合良好,试样致密;(3)Zn加入量大于1.0%,试样的结合状态遭到破坏,试样中出现裂纹和孔洞;材料的抗折强度和耐压强度在金属Zn加入量为1.0%时达到了最大值。

Al_2O_3-C耐火材料抗氧化性研究进展

综述了A l2O3-C耐火材料抗氧化方法的研究进展,介绍了浸渍氧化抑制剂法、添加抗氧化剂法、表面涂层法等抗氧化方法及其各自的抗氧化机制,并提出了改进A l2O3-C材料抗氧化性能的研究方向。

Al粉、Si粉对低碳Al_2O_3-C滑板显微结构和高温力学性能的影响

为了改善低碳Al2O3-C滑板的高温力学性能,在质量分数65%的电熔白刚玉颗粒、25%的白刚玉细粉、6%活性α-Al2O3粉、4%的石墨+炭黑、外加4%酚醛树脂的滑板配料中,分别以3%(w)的Al粉或Si粉或3%(w)Al粉+3%(w)Si粉等量替代白刚玉细粉,混匀后在150 MPa下压制成140 mm×25 mm×25 mm的试样,经200℃24 h干燥,1 400℃埋焦炭处理3 h后,检测其高温抗折强度和抗热震性,并分析物相组成及显微结构。结果表明:单加Al粉的试样高温抗折强度高于单加Si粉的,但前者热震后残余抗折强度比后者低;与单加Al粉或Si粉的试样相比,同时加Al粉和Si粉的试样具有更高的高温抗折强度和更优的抗热震性。力学性能的变化与试样中原位生成的非氧化物相密切相关:在单加Al粉或Si粉的试样中分别有棒状AlN晶须或纤维状SiC晶须生成;而同时加Al粉和Si粉的试样中除了有AlN晶须和SiC晶须生成外,还原位生成了六角板状的SiAlON相,并相互交织在一起。

Al和Al-Si加入量对Al_2O_3-C材料高温性能的影响

在板状刚玉颗粒、板状刚玉细粉、α-Al2O3微粉和石墨含量（质量分数,下同）分别为65%、27%、6%和2%的Al2O3-C材料中,分别以5%、8%和11%的Al粉或Al-Si复合粉（8%Al＋1.5%Si和8%Al＋3%Si）替代等量的板状刚玉细粉,外加3.5%的热固性树脂混练均匀,成型后于800℃埋炭热处理3h。在埋炭条件下检测试样400-1400℃的热态抗折强度、200-1400℃的应力-应变、常温～1500℃的热膨胀率以及试样的抗热震性和抗氧化性,并对部分试样进行了XRD、SEM和EDS分析。结果表明（1）随着温度的升高,试样的热态抗折强度表现出先降低,后快速升高,最后慢速升高的变化趋势;温度≥1000℃时,试样的热态抗折强度随Al粉加入量的增多而提高;在加入Si粉后,试样的热态抗折强度进一步提高。（2）试样在低温时即产生塑性变形,一直到1400℃仍处于塑性变形阶段。（3）试样的抗热震性随Al粉加入量的增多而提高,在加入Si粉后继续小幅提高。（4）试样的抗氧化性随Al粉加入量的增加而提高,加入Si粉后由于形成致密的氧化层结构,抗氧化性进一步提高。

石墨含量对Al_2O_3-C材料物理化学性能的影响

Al2O3-C材料具有较好的高温性能,广泛应用于连铸功能性耐火材料。为满足洁净钢技术的发展要求,本文研究了石墨含量对Al2O3-C材料物理化学性能的影响。以不同粒度的电熔白刚玉为主要原料,加入SiC微粉和金属Al抗氧化剂,以酚醛树酯为结合剂,研究了石墨含量对不同温度下Al2O3-C材料物理性能及抗渣侵蚀性的影响。结果显示,碳含量的降低,材料的显气孔率下降,体积密度增大,冷态和高温强度增加。不同碳含量的Al2O3-C材料都显示出良好的抗渣侵蚀性能。

纳米ZrO_2对Al-Si复合Al_2O_3-C材料性能、组成和结构的影响

以板状刚玉骨料和细粉、Al粉、Si粉、石墨和纳米ZrO2粉为原料,以酚醛树脂为结合剂,研究了纳米ZrO2粉对Al-Si复合Al2O3-C材料性能、组成和结构的影响.结果表明:引入纳米ZrO2粉对试样的常温和高温强度影响不大,但有利于提高试样的成型致密度和抗氧化性,可明显提高试样的抗热震性.试样致密度提高的原因在于纳米氧化锆具有良好的填充作用和助烧结作用.纳米ZrO2可促进Al、Si反应生成更多非氧化物晶须,并在试样中形成交叉连锁的网络结构,以及纳米粉的增韧和ZrO2的相变增韧均有利于提高试样的抗热震性.

ZrO_2-SiC复合材料的合成及其添加对Al_2O_3-C质耐火材料抗氧化性能的影响

以锆英石和碳黑为原料,利用碳热还原反应在氩气气氛下合成了ZrO_2-SiC复合材料,并将其添加到Al_2O_3-C质耐火材料中.研究了加热温度对ZrO_2-SiC复合材料合成的影响以及添加ZrO_2-SiC对耐火材料抗氧化性能的影响.采用XRD分析合成材料的相组成,利用SEM观察材料的显微结构.研究表明,提高加热温度有利于ZrO_2-SiC复合材料的合成,在本实验条件下合成该材料的适宜温度为1873K.通过添加合成的复合材料,明显改善了Al_2O_3-C质耐火材料的抗氧化性能,且当添加6%(ZrO_2-SiC)复合材料时,耐火材料的抗氧化性能最佳.

Al_2O_3-C耐火材料抗氧化性研究进展

综述了目前改善Al2O3-C耐火材料抗氧化性的三种方法:添加抗氧化剂法、浸渍氧化抑制剂法和表面涂层法;分析了常用抗氧化添加剂在Al2O3-C耐火材料中作用机理,展望了提高Al2O3-C耐火材料抗氧化性的研究方向.

Al-Zn复合Al_2O_3-C材料抗氧化性研究

以板状刚玉、α-Al2O3微粉、鳞片石墨、Al粉、Zn粉为原料,酚醛树脂为结合剂,固定Al粉加入量（w）为4.0%,制备了Al-Zn复合Al2O3-C质试样,研究了Zn粉加入量（其质量分数分别为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%）对材料1 000和1 500℃下抗氧化性的影响。结果表明：加入Zn可明显改善材料的抗氧化性,当Zn粉加入量从0增至2.0%（w）时,1 000和1 500℃氧化后的氧化层厚度分别从8.5 mm减至3.5~1.4 mm,从6.0mm减至4.1~2.4 mm。材料抗氧化性提高的原因在于：Al、Al4C3和AlN以及Zn在氧化条件下生成的氧化产物相互反应,生成了锌铝尖晶石,形成致密的氧化保护层,阻止了氧气的进入。