有机硅树脂对不烧铝碳滑板中温性能的影响研究

通过在酚醛树脂中添加有机硅树脂作为复合结合剂,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪对不烧铝碳滑板的物相、形貌和微区成分进行分析,研究了有机硅树脂的加入对不烧铝碳滑板中温性能的影响。研究结果表明:有机硅树脂能有效减小不烧铝碳滑板的体积密度与显气孔率波动,添加1%有机硅树脂时不烧铝碳滑板具有较好的综合性能;酚醛树脂在600℃时已基本脱氢碳化,有机硅树脂在600℃下仍具有较高的结合强度,可以有效防止不烧铝碳滑板中温强度低谷的出现;有机硅树脂可以促进不烧铝碳滑板在中温条件下晶须的生成,对不烧铝碳滑板的中温性能起积极作用。

金属Al-Si复合不烧铝碳滑板材料的热机械性能及显微结构

研究了金属Al-Si复合不烧铝碳滑板材料的热态抗折强度、弯曲应力-应变关系和抗热震性,并利用XRD、SEM和EDAX对其物相组成和显微结构进行了分析。结果表明:(1)材料的热态抗折强度很高,在1200～1400℃时达到50MPa以上;(2)材料从400℃开始到1400℃一直保持塑性状态,在1400℃仍没有进入粘滞流动阶段,只是在800℃以上变形量有所增加;(3)材料具有良好的抗热震性,在经受ΔT为1000～1200℃的一次热震后,其残余抗折强度均>30MPa,其抗折强度保持率仍为70%左右;(4)材料热机械性能优良的基本原因在于加入的金属Al和Si发生碳化和氮化等反应原位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结合为主。

热处理温度对有机硅树脂结合不烧铝碳滑板性能的影响

以板状刚玉、石墨、Al粉、Si粉和B4C为主要原料,有机硅树脂作结合剂制备了不烧铝碳滑板试样.研究了在空气中先经240℃24 h预处理,然后分别于400℃、600℃、800℃、1000℃、1350℃和1450℃保温3 h处理后试样的烧结性能、物相组成和显微结构等变化规律.结果表明:热处理温度对有机硅树脂结合不烧铝碳滑板的性能、物相变化和显微结构影响显著.热处理温度为240～600℃时,有机硅树脂裂解产生质量损失,使试样内部结构松散,显气孔率显著增大,常温耐压强度较低;800～1000℃时,试样边缘部分B4C、Al、Si优先氧化,生成须状Al2O3和针状硼酸铝,有利于边缘骨料与基质结构紧密结合,同时,试样内部局部有柱状氮化物生成,相应的体积密度明显增加,显气孔率急剧下降,常温耐压强度达到最高值;温度＞1000℃,试样中石墨大量氧化而留下很多气孔,同时Al、Si等氧化反应加剧,试样质量增加和体积膨胀明显,体积密度下降,显气孔率上升,常温耐压强度有下降趋势.

连铸用铝碳滑板的热应力仿真分析

使用ANSYS等有限元分析软件,针对钢带缩短量、滑板面压、紧固件强制位移等不同因素,通过施加适当的初始条件和边界条件,计算连铸用滑板在预热过程中的稳态热应力场及浇钢过程中的瞬态热应力场。并对不同因素影响下的热应力场结果进行比较,为改进实际生产中滑板的安装及使用方法提供理论依据。

铝碳滑板氧化动力学的研究

借助于微量热天平,通过在不同温度下进行等温氧化实验,研究了铝碳滑板砖的氧化行为和氧化动力学。研究结果表明,铝碳滑板砖的氧化规律为化学反应速度控制阶段——扩散速度控制阶段。随着温度的升高,氧化反应速率呈降低-增高-降低-增高的规律变化,总趋势在下降。

涂层保护下铝碳滑板材料在大气中的烧成研究

本文对大气中涂层保护下铝碳滑板材料在烧成过程中的物理化学变化进行了研究,并对涂层及界面显微结构特征,以及涂层的防氧化机理进行了分析和探讨。

铝碳滑板砖在不同浸液中的体积密度和显气孔率

分别在工业纯煤油和自来水中对HBLT-70铝碳滑板砖的体积密度和显气孔率进行了测定。结果表明:以工业纯煤油作浸液测得的显气孔率比以自来水作浸液测得的结果高约76.%,但体积密度的测定结果二者基本没有差别。工业纯煤油对石墨的浸润性比自来水对石墨的浸润性高,因此HBLT-70铝碳滑板砖在工业纯煤油中的浸渍饱和程度更高。

锆刚玉对不烧铝碳滑板强度和抗氧化性能的影响

以板状刚玉、活性氧化铝和锆刚玉等为主要原料,以金属铝粉和硅粉为防氧化剂,以树脂作为结合剂,研究了锆刚玉加入量对不烧铝碳滑板常温物理性能、高温抗折强度和氧化性能的影响,并借助XRD、SEM、EDS等检测手段对其机理进行分析。研究结果表明:随着锆刚玉含量增加,不烧铝碳滑板烘干后体积密度升高,显气孔率下降,高温烧成后强度增大;由于ZrO2在不同温度下发生相变而产生体积效应并形成微裂纹,使得滑板的高温抗折强度先增大后降低;氧化脱碳层厚度随着ZrO2含量的增加而增大。锆刚玉加入量在5%时,滑板性能最好。

钢包用镁铝碳滑板的研究与应用

根据钙处理钢的侵蚀机理,选用抗侵蚀性良好的优质镁砂和尖晶石,适量加入低膨胀添加剂和金属添加剂,选用改性酚醛树脂作结合剂,经过中温烧成,制成了镁铝碳滑板。这种滑板具有抗侵蚀、低膨胀、抗热震性良好等优点,在钢厂使用,其平均使用寿命可达4次以上。

用后铝碳质下滑板的显微结构研究

选取国内某钢厂使用3次后的下滑板残砖,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)对滑板铸孔和板面用后侵蚀状况、显微结构变化和元素组成差异进行观察和分析。结果发现:下滑板反应层中形成了正八面体的铁铝尖晶石新结构;材料内部生成的纤维状碳化铝和颗粒状氧化铝能强化基质,提高抵抗熔渣侵蚀能力。

氧化铝微粉粒度对铝锆碳滑板性能的影响

为了进一步改善铝锆碳材质的使用性能,以板状刚玉、锆莫来石为主要原料,酚醛树脂为结合剂,研究了5种不同的氧化铝微粉对铝锆碳滑板性能的影响;结果表明:1)随着氧化铝微粉粒度逐渐减小,试样的显气孔率增加,体积密度随之减小,试样的常温力学性能降低;2)CL-370因粒度分布为双峰,有效填充了气孔,最终导致试样A4的烧后体积密度和常温抗折强度大于试样A3的该值;3)随着氧化铝微粉粒度逐渐减小,试样的高温抗折强度变大,热震稳定性变小。

铝锆碳滑板用含纳米炭黑涂料的防氧化性能

以石墨和纳米炭黑为主要原料研制了一种滑板涂料,将其涂刷于铝锆碳滑板试块表面,自然干燥24 h后,分别在6007、00、800、9001、0001、100、1 200和1 300℃空气气氛中加热2 h,然后测量试块的质量损失率,并与涂刷日本涂料的试块和空白试块进行了对比,以研究该涂料对铝锆碳滑板的防氧化性能,还用扫描电子显微镜对1 300℃氧化后试块表面进行了显微结构分析。结果表明:研制涂料能在滑板表面形成一层保护膜,提高滑板的高温抗氧化性能;所添加的纳米炭黑等碳材料与滑板中的残余Si发生反应,可改善滑板的显微结构。

低硅铝锆碳滑板的性能研究

针对传统的以锆莫来石为原料的铝锆碳滑板中SiO2含量较多,在浇铸钙处理钢时侵蚀严重的问题,用部分稳定ZrO2(PSZ)代替锆莫来石原料,加入板状刚玉、活性α-Al2O3、炭黑、Si粉、B4C粉和热固性酚醛树脂,分别在1300℃、1400℃、1500℃烧后制成了低硅铝锆碳滑板,并测定了试样的抗渣性、热膨胀系数、膨胀率和热震后强度损失率.结果表明:低硅铝锆碳滑板的烧成温度以1300～1400℃为宜,在此温度下烧成的试样性能优良,其抗热震性和抗渣性均优于以锆莫来石为原料的传统铝锆碳滑板.

铝锆碳质滑板中SiC晶须形成机理

以铝锆碳滑板基质部分为研究对象，以金属硅粉、石墨和碳黑为原料，混合后在埋碳气氛下，于1200-1600℃范围内进行高温处理。通过透射电镜和能谱仪分析，研究发现碳化硅晶须为哑铃状，并且随着热处理温度升高，哑铃状小球慢慢减少，在这个过程中，SiC晶须的生长机理为气-固反应模型。

铝粉加入量对铝锆碳滑板材料性能的影响

在铝锆碳滑板材料的常规配方（板状刚玉颗粒、电熔锆刚玉、白刚玉微粉、石墨、板状刚玉粉的质量分数分别为55％、20％、10％、3％、12％，同时外加2．5％和4％质量分数的外加物和结合剂）中，以质量分数分别为0、2％、4％、6％、8％、10％的金属铝粉等量取代板状刚玉粉，经混练、成型、干燥后，一部分在生产现场与铝锆碳滑板一起埋炭烧成（1300～1500℃），再分别在冷水中浸泡25h和在隧道窑中于1300～1400℃重烧；另一部分在实验室电炉中于l000℃埋炭保温3h烧成，再在冷水中浸泡25h。检测不同条件下烧成及再处理后试样的常温耐压强度、质量变化率和加热永久线变化率。结果表明：1）随着铝粉加入量的增加，在上述两种条件下烧成后试样及在上速两种条件下烧成居再经冷水浸泡后试样的常温耐压强度均呈增大趋势，但冷水浸泡后试样的常温耐压强度均比浸泡前减小；2）随着铝粉加入量的增加，在生产现场与铝锆碳滑板一起烧成后试样在隧道窑中重烧后，其常温耐压强度逐渐减小，质量变化率和加热永久线变化率逐渐增大。

铝碳质滑板抗氧化涂料的制备与性能研究

本实验采用球磨工艺制备了一种以鳞片石墨和六方氮化硼（hBN）为主要原料的铝碳质滑板抗氧化涂料.采用NDJ-8S数字式粘度计测试涂料的粘度,结果表明料球水比为1：3：2,球磨时间为20 h时,涂料粘度为0.8～1.2 Pa·s,分层率＜2%,涂料悬浮性较好,且易于涂刷.在高温电阻炉里对涂有涂料的滑板进行抗氧化处理,可以发现,鳞片石墨在高温下极易被氧化,生成CO2、CO气体,生成的气体能够稀释氧化性气氛或者与之反应,一定程度上降低了氧化性气氛的浓度,保护滑板基体表面的碳不被氧化;800 ℃以上,hBN氧化生成呈玻璃相的硼化物,阻隔了氧化性气氛与基体的接触,抑制了滑板表面的氧化.与厂家的涂料相比,本实验涂料单位面积氧化失重率较低,能够提高滑板的使用寿命.

铝锆碳滑板使用前后显微结构与损毁机理

研究了在武钢使用的2种铝锆碳滑板的显微结构及其损毁机理。结果证实两种滑板在使用过程中,内部形成了SiC晶须,而滑板正是利用在其基质部分形成SiC晶须的机理来改善其性能。奥镁滑板在基质中大量使用塑性相金属硅,并且在高温使用过程中生成了大量晶须状SiC,从而进一步提高了其热震稳定性。

碳的种类对铝锆碳滑板性能的影响

分别对单独加入4%(质量分数)鳞片石墨、炭黑、沥青碳3种碳材料和加入不同碳材料(总质量分数4%)复合的铝锆碳滑板进行了树脂加入量、耐压强度、高温抗折强度、显气孔率、体积密度等物理性能以及抗氧化、抗热震性能比较。试验结果表明添加石墨可以实现低的树脂加入量,试样的显气孔率低,抗氧化性好;添加炭黑可以提高试样的强度;添加沥青碳,则可提高试样的抗热震性,但抗氧化变差;复合添加这3种碳材料,可以得到强度高、抗热震好的铝锆碳滑板试样。

连铸用烧成铝碳质滑板研究现状

烧成铝碳质滑板是连铸控流系统的关键功能材料之一,在使用过程中需要承受钢水和渣液的冲刷、快速和反复的热冲击,以及潜在的氧化风险,因此对材料的力学性能、热震稳定性和抗氧化性提出了严苛的要求。近年来,为了持续提高烧成铝碳质材料的上述性能,延长其使用寿命,针对材料结构和组成的优化进行了不断研究,主要包括从金属铝、单质硅等主要添加剂原位形成陶瓷相增强,发展到纳米碳源协同原位陶瓷相增强增韧,以及近期的层状化合物协同纳米碳及原位陶瓷相强韧化和抗氧化。

氮化烧成铝锆碳滑板的研制和使用

以板状刚玉、锆刚玉和锆莫来石为骨料,板状刚玉细粉、石墨粉、硅粉为基质,酚醛树脂为结合剂,制备成25 mm×25 mm×145 mm的试样,并在氮气气氛中于1 100-1 450℃烧成。测定了不同温度烧后试样的常温物理性能、抗热震性和抗氧化性,并对比了在埋焦炭条件下烧成和氮化气氛烧成对滑板性能的影响。结果表明：在氮气气氛中于不同温度烧成时,当烧成温度确定在1 350-1 450℃时,试样具有优良的抗氧化性和抗热震性;在同一温度下,与在埋焦炭中烧成相比,氮化烧成试样具有优良的抗氧化性和更高的抗热震性。研制的氮化烧成铝锆碳滑板在浇注高钙钢的250 t钢包上使用1次,效果优于同材质埋焦炭烧成的滑板。