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.

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.

合成ZrO_2-SiC和工业SiC对Al_2O_3-C质耐火材料性能影响的对比

为了改善Al2O3-C质耐火材料的抗氧化性和抗热震性,向浇注料中分别添加0、2%、4%、6%的SiC或ZrO2-SiC复合粉,以酚醛树脂为结合剂,在200MPa下制备了2组试样,经250℃充分干燥后,于1400℃下埋炭处理2h,分别检测2组试样的抗氧化性和抗热震性,并采用XRD分析氧化后试样的相组成。结果发现,添加剂中SiC的氧化能有效保护试样中的碳,从而能减少试样的质量损失率和氧化面积,提高其抗氧化性能。由于ZrO2的微裂纹增韧及SiC的颗粒增韧作用,使试样的抗热震性能提高。在试验条件下,添加6%ZrO2-SiC复合粉或工业SiC粉时,试样的抗氧化性和抗热震性最佳。

Mn对Al_2O_3-ZrO_2-C耐火材料抗氧化性的影响

固定主要原料烧结板状刚玉、锆莫来石、石墨 ,添加剂Al粉、Si粉以及结合剂热固性酚醛树脂等的加入量 ,加入不同量的Mn配制成Mn、C质量比不同的Al2 O3-ZrO2 -C试样 ,埋炭烧成后检测各试样的抗氧化性。结果表明 :试样的氧化层厚度先随Mn加入量的增加 (即Mn与C质量比的增大 )而减小 ,即抗氧化性提高 ;至Mn与C质量比为 1 4时 ,氧化层厚度最小 ,即抗氧化性最佳 ;当Mn含量继续增加时 ,氧化层厚度又开始增加 。

TiO_2在Al_2O_3-SiO_2系耐火材料中的作用

阐述了TiO2在Al2O3-SiO2系耐火材料,特别是高铝矾土中的分布和存在方式,并通过分析Al2O3-SiO2系耐火原料的煅烧过程和Al2O3-SiO2系制品的使用过程中TiO2、Al2O3和SiO2三者之间的化学反应,介绍了TiO2对Al2O3-SiO2系耐火材料结构和性能的影响。

Al_2O_3-SiC-C耐火材料抗CaO-SiO_2-K_2O渣侵蚀性能研究

研究了Al2O3-SiC-C耐火材料的抗CaO-SiO2-K2O渣侵蚀性能,以及添加Cr2O3对Al2O3-SiC-C材料抗渣侵蚀性能的影响。研究结果表明:CaO-SiO2-K2O熔渣对Al2O3-SiC-C材料具有明显的侵蚀作用;在Al2O3-SiC-C材料中添加适量的Cr2O3可以有效地抑制CaO-SiO2-K2O熔渣向耐火材料内部的渗透,降低耐火材料的侵蚀速度。

碳含量对Al_2O_3-C耐火材料性能的影响

在刚玉中加入含量为10%、15%、20%和25%的石墨,以Si粉为抗氧化剂,热固性5405树脂为结合剂并加入乌洛托品作为固化剂,烧结得到了Al2O3-C耐火材料,并研究了不同含碳量对样品力学性能的影响。实验研究表明:当含碳量为10%、15%、20%和25%时,样品的密度分别为2.68 g/cm3、2.63g/cm3、2.59 g/cm3和2.56 g/cm3;样品的抗折强度分别为7.74 MPa、7.36 MPa、6.49 MPa和6.04 MPa;样品的耐压强度分别为38.46 MPa、36.92 MPa、33.85MPa和32.69 MPa。即随着含碳量增加,材料的力学性能会随之降低。

计算机分析Al_2O_3-SiO_2系耐火材料的抗FeO侵蚀性能

采用C + +Builder编制程序绘制了 16 0 0℃下FeO -Al2 O3-SiO2 三元系等温截面图 ,在此基础上 ,判断不同组分的Al2 O3-SiO2 系材料抗FeO侵蚀能力的优劣。该程序具有界面好、使用便捷、准确的特点。

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。

Al_2O_3-MgO(尖晶石)-Sialon复合耐火材料的制备

以刚玉颗粒和细粉、氧化镁细粉、尖晶石细粉和Sialon细粉为原料制备了钢包用新型无碳Al_2O_3-MgO(尖晶石)-Sialon复合耐火材料,通过研究得到适宜的工艺参数为:原料中大颗粒(8～3mm)与中颗粒(3～0mm)的比例为65:35,埋混合粉烧结(C:Sialon=4:1)和烧结温度为1600℃。制备的Al_2O_3-MgO(尖晶石)-Sialon复合耐火材料具有高强度和优良的抗氧化性能、抗渣侵蚀和抗热震性能。

Al2O3亚微米粉外加量对分层挤出打印Al2O3-SiO2质耐火材料性能的影响

为了获得性能更优的分层挤出打印Al2O3-SiO2质耐火材料,以α-Al2O3超细粉、硅灰、磷酸二氢铝、六偏磷酸钠为主要原料制备的固相体积分数为57%的水基浆料中外加不同量(外加质量分数分别为0、2%、4%、6%、8%和10%)的Al2O3亚微米粉,研究了Al2O3微粉外加量对浆料流变特性以及烧后试样致密度、烧后线变化、常温强度、荷重软化温度和抗渣性能的影响。结果表明:1)随着Al2O3亚微米粉外加量的增加,浆料的黏度和切应力增大;浆料均表现出有利于分层挤出成型的假塑性行为,剪切屈服应力在打印机的允许范围内。浆料的流动指数小于1,添加6%(w)的Al2O3亚微米粉时流动指数最大,打印试样的表面质量最好。2)随着Al2O3亚微米粉外加量的增加,试样的线收缩率和显气孔率呈先减小后增大的变化趋势,体积密度、常温耐压强度、常温抗折强度、荷重软化温度和抗渣性则呈先增大后减小的变化趋势;除常温耐压强度的拐点在Al2O3亚微米粉外加量为4%(w)处外,其他的拐点均在Al2O3亚微米粉外加量为6%(w)处。3)添加6%(w)的Al2O3亚微米粉的打印试样在1600℃烧成后,长度方向的线收缩率为3.8%,显气孔率为15.4%,体积密度为3.08 g·cm^-3,常温耐压强度为195 MPa,常温抗折强度为52.0 MPa,荷重软化温度为1612.7℃,抗渣性最好。

临界粒度对Al_2O_3-C耐火材料可靠性的影响

选择临界粒度分别为1、0.8、0.6和0.5 mm的亚白刚玉颗粒为骨料,骨料与细粉的质量比为4 6,以酚醛树脂为结合剂进行配料。混好的物料于60℃干燥15 h,以120 MPa压力等静压成型为25 mm×25 mm×150mm的样条,然后直接在氮气保护气氛下于950℃5 h热处理。采用三参数Weibull分布,研究了临界粒度对Al2O3-C质耐火材料可靠性的影响。结果表明:减小骨料的临界粒度,Al2O3-C材料的Weibull模数m值逐渐增大,材料可靠性增加。分析认为制备过程对Al2O3-C材料的可靠性有较大影响,减小临界粒度,使坯料粒度分布集中,流动性变好,从而有利于Al2O3-C材料可靠性的提高。

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。

低碳Al_2O_3-C耐火材料研究的新进展

介绍了近年来国内外低碳Al_2O_3-C耐火材料的研究现状。主要包括:碳源(纳米炭黑、纳米碳管、膨胀石墨、超细微晶石墨)的选用,防氧化剂(Al-Si复合粉、Al-Zn复合粉、硼化物)的优化,氧化物粉体的添加以及催化剂的改性等,均对低碳Al_2O_3-C耐火材料的性能改善起到一定的作用。

Al2O3-Cr2O3耐火材料与含ZnO的铁橄榄石渣之间的相互作用

在再生铜熔炼工艺中,存在于铁橄榄石渣中的ZnO会改变渣的物理和化学性能。相应地,含ZnO的再生铜熔炼渣也会影响耐火材料炉衬的侵蚀行为。因此,本工作研究了Al_2O_3-Cr2O3耐火材料和含ZnO的铁橄榄石渣之间的相互作用,进行了静态耐火材料浸渣试验以及Ar气氛中1 200℃下的Al_2O_3坩埚试验。使用装备有波长色散光谱仪(EPMA-WDS)的电子探针微观分析仪对侵蚀的耐火材料试样的微观结构和渣组成进行分析。研究了ZnO含量对Al_2O_3溶解和Al_2O_3/渣界面反应的影响。使用热力学计算对Al_2O_3坩埚试验的结果进行了解释。

原位反应生成Sialon结合Al_2O_3-C材料的抗渣侵蚀机理

以电熔白刚玉、单质硅粉和石墨为主要原料,在氮气气氛下1450℃保温4 h原位生成Sialon结合Al2O3-C材料,采用静态坩埚法对烧后的Sialon结合Al2O3-C材料在1600℃下进行抗渣实验。采用XRD分析氮化后Al2O3-C材料的物相组成,用SEM和EDS分别对渣蚀后材料的显微结构和成分进行分析。结果表明:Al2O3-C材料高温氮化后能够生成较多β-Sialon相和少量的Si C相;热力学分析表明,Sialon和Si C本身氧化产生的Si O2和Al2O3,溶解到渣中,降低渣的侵蚀和渗透;SEM结果表明,渣的渗透主要是沿刚玉颗粒边缘进行的,随着渗透的深入,Ca O含量不断下降。

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。

温度对Al_2O_3-C材料中β-Sialon晶须形成的影响研究

本文研究了温度对Al2O3-C耐火材料中β-Si3Al3O3N5晶须形成的影响规律。研究发现:在弱还原性气氛下,Al2O3-Si-Al-C稳定存在的非氧化物物相为Al4C3、AlN、SiC和β-Sialon相。其中,催化作用下,Al2O3-C耐火材料中的金属Al在1000℃时转化为AlN,金属Si在1200℃时转化成SiC,在1400℃时有β-Sialon相生成;而无催化剂存在时,生成的物相仅为SiC和AlN相。催化作用下,AlN形貌呈短柱状;SiC呈晶须状,直径为亚微米级,且晶须有液点存在;β-Sialon相呈纳米晶须状。SiC和β-Sialon晶须的生长都符合气-液-固机理。