1、201 1年2月第45卷第1期 p饭H时tjtJ大t_t k甜ll l料,、CJ 3336氮化烧成铝锆碳滑板的研制和使用卫忠贤1 栗晶晶1 刘新红21)河南省伯马股份有限公司 河南新乡4530002)郑州大学河南省高温功能材料重点实验室 河南郑州450052摘要以板状刚玉、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 x25 mm X 145 mm的试样，并在氮气气氛中于l 100一l 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
2、成时，当烧成温度确定在l 3501 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。关键词铝锆碳滑板。硅粉，抗氧化性，抗热震性目前，大型钢包用滑板材料多选用高温埋炭烧成的铝锆碳质。随着钢铁工业的发展和冶炼品种钢工艺的要求，精炼时添加硅一钙或硅一钙一钡线加剧了对滑板的损毁，在冶炼高钙钢时只能使用1次，当钢包中钢水的钙含量超过5010“(1c，)时，滑板经常关闭不严。为提高滑板在冶炼高钙钢钢包上的使用寿命，通过改善滑板的结合
3、来提高材料的抗氧化性，引入低膨胀材料提高材料的抗剥落性。金从进等1采用高温氮化生产中间包用赛隆结合的刚玉滑板，取得了良好的使用效果。目前，大型钢包用氮化烧成铝锆碳滑板的报道很少，为此，在本组试验中，研究了不同氮化温度和不同气氛下烧成对滑板性能的影响，以改进铝锆碳滑板在冶炼高钙钢钢包上的使用性能。1 试验11试验原料主要原料为板状刚玉(2l、105、05、0045 mm)、电熔锆刚玉(05 mm)、电熔锆莫来石(105 mm)、石墨粉(0074 mm)、氧化铝粉(0028 mm)、硅粉(O045 mm)。以l7(C)为80一84、黏度lO一20 Pas的热固性酚醛树脂为结合剂。主要原料的化学组成
4、见表l。12试样制备按表2所示的配方配料，结合剂加入量均为35(17)。将原料在湿碾机中混练均匀后，用60 t油压机以125 MPa的压力压制成25 mm x 25 mm x 145 mm表1 主要原料的化学组成(彬)Table l ChemicaI compositions of starting materials原料名称 A1203 C Zr02 Si02 Si板状刚五 9915 01l锆刚玉 7314 2488锆莫来石 4869 3313 1723石墨粉 9727氧化铝粉 9912 005硅粉 9815的试样，试样经18024 h烘干后分别在高温氮化炉中于l 100、l 200、l 2
5、50、l 350、l 450保温3 h烧成；在高温氧化炉中埋焦炭条件下于1 450保温3 h烧成。表2试样配比(埘)!璺垒!皇兰!旦!竺竺!璺!皇生21呈巳皇呈!卫皇旦 墅誓鉴 电tt熔错电筢尊 氧化铝粉 石墨粉xlt-二“titlt3刚玉。，。 刚玉1。62 15 10 6 4 313性能检测分别按照GBT 5072-1985、GB 2997m82、GBT30012000检测其体积密度、显气孔率、常温抗折强度；以l 100空冷3次后的残余抗折强度和抗折强度保持率来评价其抗热震性。将不同氮化温度下烧成的试样于高温炉里在氧化气氛下于l 500保温3 h，自然冷却后取出，垂直于厚度方向切开，测最试
6、样的氧化层厚度，以评价试卫忠贤：男1969年生工程师。Email weizhongxianI 26com收稿目期：20100716 编辑：周丽红201 11 耐火材料REFRACTORIES JJ万方数据耐火材料NAIHUO CAILIAO 201 1年第45卷样的抗氧化性。用型号为PHILIPS xPert的x射线(Cu靶，Kct辐射)来分析不同温度(1 250、l 350和l 450)氮化烧成试样的物相组成。2结果与讨论21氮化温度对试样常温性能的影响不同氮化温度烧后试样的显气孔率、体积密度和常温抗折强度见图l。图1 不同温度烧后试样的常温性能Fig1 Physical propertie
7、s of specimens fired at different tern-peratures由图可知：l 100氮化烧后试样的常温抗折强度和体积密度最低，仅为551 MPa和306 gcm；当氮化烧成温度提高到l 250时，试样的常温抗折强度明显提高，体积密度略有提高，分别达1937MPa和308 gcm一；随着氮化烧成温度继续提高，即分别提高到l 350时，试样的常温抗折强度略有下降，显气孔率和体积密度变化不大；到l 450时常温抗折强度达到最大值，为2059 MPa，显气孔率略有下降，体积密度略有提高，为310 gcm。由此可知，当氮化温度提高到1 250以上时，试样的常温性能变化不大
8、。22氮化温度对试样抗热震性的影响不同氮化温度下烧后试样的抗热震性能见图2。由图可见，l 100氮化烧成的试样残余抗折强度最低，仅为456 MPa，由于其常温抗折强度也最低，为55l MPa，其抗折强度保持率达到827；当氮化烧成温度提高到1 200时，其残余抗折强度略有提J4 删HIX)叫U0耐火材料201 11高，为527 MPa，但常温抗折强度较高，为1624MPa，因此其抗折强度保持率最低，仅为324；随着氮化温度的提高，即提高到l 250 oC时，其残余抗折强度和强度保持率明显提高，分别达到1833 MPa和946；当氮化温度提高到l 350时，其残余抗折强度和抗折强度保持率都略有提
9、高，且抗折强度保持率达到最大值，为1096，表明强度没有损失；这可能因为此温度下Si与气氛反应生成非氧化物的量较多且非氧化物品体发育较好，热震引起的热应力小于材料固有的强度。当氮化温度为l 450时，其残余抗折强度略有提高，抗折强度保持率略有下降。莲将避毯毯暖氮化温度图2不同氮化温度烧后试样的抗热震性Fig2 Thermal shock resistance of specimens fired at differ-ent temperatures23氮化温度对试样抗氧化性的影响不同氮化温度烧后试样的抗氧化性见图3。由图可见，随着氮化烧成温度的提高，试样的氧化层厚度逐渐减小，在1 100氮化烧
10、成的试样，氧化层厚度最厚，为65 nlnl；l 250氮化烧成后试样的氧化层厚度明显降低(约40 mm)；1 350和1 450氮化烧成试样的氧化层厚度继续减小，但相差不大(约2530 mm)。因此，随着氮化烧成温度的提高，试样的抗氧化性明显改善。E煞蕾蹬孽耳l 100 1 200 1 250 l 350 l 450氯化温度图3不同氮化温度烧后试样的抗氧化性F码3 Oxidation resistance of specimens fired at differenttemperatures24烧成气象对试样性能的影响241 烧成气氛对试样常温性能的影响表3为不同烧成气氛下试样于l 450 o
11、C保温3 h烧后的物理性能。万方数据第l期 卫忠贤，等：氮化烧成|fj锆碳滑板的研制和使用 201 1年2月衰3不同气氛烧后试样的物理性能Table 3 Physical properties of specimens fired at differentatmospheres由表3可知，氮化烧成与埋炭烧成的试样相比，常温抗折强度相近，氮化烧成试样的显气孔率较低，体积密度较高，氧化层厚度较淖，即抗氧化性较好。因此，比较上述各项性能可知，采用氮化烧成的优于埋炭烧成的。242烧成气氛对试样抗热震性的影响图4示出两种气氛于1 450保温3 h烧后试样的抗热震性。由图4和表3可以看出，氮化烧成试样的残
12、余抗折强度明显高于埋炭烧成的，氮化烧成试样的残余强度为2049 MPa，埋炭的仅为531 MPa；氮化烧成试样的抗折强度保持率也明显高于埋炭烧成的，氮化的为995，埋炭的仅为279。因此，氮化烧成试样的抗热震性明显好于埋炭烧成的。氰化 埋炭图4不同气氛下l 450保温3 h烧成试样的抗热震性Fig4 Thermal shock resistance of specimens fired at l 450for 3 h in different atmospheres25不同氮化温度烧后试样的物相组成不同氮化温度烧后试样的XRD图谱见图5。lI-Hd玉2mZr023一石厦4_一莫来石11 6一s
13、kNp，2I： 蝰L 山 h_” H A一。 1叫450、-， W_V _J 刘c 匕生摆芸-_-_ 、一 L0 lO 20 30 40 50 60 70 80 902#(。)图5不同氮化温度烧后试样的XRD图谱Fig5 XRD patterns of specimens fired at differenttemperatures由图可知，l 250 oC氮化烧成的试样中无残留Si，有SiC生成；随着氮化温度提高到1 350，试样的SiC峰逐渐增强；当到l 450时，试样的SiC峰进一步增强，同时可观察到峰值较明显的Si：N：O峰。26讨论在高温氮化气氛下烧成时，随着烧成温度的升高，试样的物
14、相组成和显微结构可能会发生很大变化，致使性能变化较大：(1)在氮化烧成温度为l 100时，试样的物相没有变化，结构较疏松，因此，常温抗折强度和残余抗折强度都较低，显气孔率较高，体积密度较低，同时抗氧化性也较差。(2)随着氮化温度提高到1 250和1 350 oC时，Si粉与碳反应生成碳化硅|2 J，且随温度升高，SiC生成量增加，且SiC填充在气孔中，使材料致密度增加，抗氧化性提高。SiC本身具有较高的强度和优良的抗热震性，因此随温度升高，材料的强度和抗热震性都明显提高。(3)当氮化温度提高到l 450时，试样的物相中生成了新的非氧化物Si：N：O，随着Si：N20和SiC的发育长大，形成了更
15、好的结合，因此，试样的性能得到进一步提高。通过比较在相同温度下氮化烧成和埋炭烧成时试样的性能可知：氮化烧成试样和埋炭烧成试样的性能有差异，与烧后试样的物相组成和显微结构不同有关J，前者非氧化物为Si：N：O、SiC、C，后者为SiC和C；氮化烧成试样形成si：N：O、SiC复合物相，且生成量要明显高于同温度下埋炭烧成的非氧化物含量，而且发育良好，导致试样的大孔体积降低，微孑L增加，其增强增韧效果好于SiC，因此，氮化烧成试样的强度和体积密度及抗热震性好于埋炭烧成的试样，且其中的Si：N：O、SiC复合物相相当于复合抗氧化剂，因此其抗氧化性较好。3 使用研制的氮化和埋炭烧成的铝锆碳滑板在某钢厂2
16、50 t钢包上各使用lO套，滑板使用寿命均为1次。使用条件：浇注钢种为SPHC、SS400、Q345、船板钢等，浇注时间为4050 min，浇钢温度1 5601 590，钢水中的钙质基分数为(50一90)X 10。观察使用后的滑板发现：氮化烧成的滑板扩孔均匀。无舌头，扩孔为515 mm，滑道拉毛中等，裂纹细小；埋炭烧成的滑板，扩孔为515 am，滑道易出现剥落掉块、夹钢，严莺时会出现关闭不严现象。因此，氮化烧成销错碳滑板的使用效果优于埋炭烧成铝锆201 11 耐火材料REFRACTORIES J3万方数据耐火材料NAIHUO CAILIAO 2011年第45卷碳滑板。4 结论(1)随着氮化烧成
17、温度从l 100提高到l 450，试样的常温强度、抗热震性和抗氧化性均有明显提高，氮化烧成的适宜温度为1 350l 450。(2)当烧成温度相同时，氮化烧成试样的常温强度与埋炭烧成的相当，其致密度、抗氧化性和抗热震性优于埋炭烧成的。(3)氮化烧成的滑板在浇注高钙钢的钢包上使用，其抗热震性、滑道抗拉毛性等方面要优于埋炭烧成的，但抗冲刷性还有待提高。参考文献1金从进，朱伯铨，汪宁，等赛隆结合刚玉滑板的性能及使用J耐火材料，2003，37(5)：3033042 刘国齐，王金相，杨彬，等si粉和Al粉对N2保护热处理铝碳材料性能和显微结构的影响J耐火材料，2005，39(4)：2412453 童贝，李
18、哑伟，金胜利，等烧成气氛埘铝锆碳滑板性能的影响c第十一届全圉耐火材料青年学术报告会论文集，武汉，中国，2008：250254Development and application of A12 03-Zr02-C slide plate fired in nitridation atmosphereWei Zhongxian，Li Jingjing，Liu XinhongNaihuo Cailiao-201 l，45(1)：33The specimens with size of 25 mm x25 mm X 145 mm were prepared using tabular alumina
19、zirconiacorun。dum，zirconia-mullite as aggregates，tabular alumina fines，graphite powder and silicon powder as matrix，and phenolic resin as binder，firing at 1100一l 450in N2 atmosphereThe cold physical properties，thermaI shock resistanceand oxidation resistance Of the specimens fired at different tempe
20、ratures in N，atmosphere were tested and compared with those fired in carbon embedded conditionThe results show：whenfiring at 1 350一l 450 oC in N2 atmosphere，the specimens possess good oxidation resistance and thermalshock resistance；with the same firing temperature，the specimens fired in N2 atmosphe
21、re possess betteroxidation resistance and thermal shock resistance compared with those fired in carbon embedded condi-tionA1203_zr02一C slide plate fired in nitridation atmosphere performs better than the slide plate fired incarbon embedded condition applied in 250 t ladle for casting highCa steel fo
22、r one timeKey words：Aluminazirconiacarbon slide plate，Silicon powder，Oxidation resistance，Thermal shockresistanceAuthors address：Henan Boma Co，Ltd。Xinxiang 453000，Henan，China物延铂；延铂鸱带出乖延旎跨娩姑乖出乔延旎趟镅肆场再也嗜过镅趟铂R场声迪啸过铂过钥姑希出稍希出幂也环楚旎趟锯出幂也裆乖出幂姥；跸幂迪铸划铂心铂R绉i池乖也环延旎趟纫R场译出帘毡绪过铂过铂趟辑趟镅延绵研究动态利用碳酸化处理提高Mgo微粉的抗水化性能MgO由
23、于具有良好的抗侵蚀等高温特性，广泛用作耐火原料。但Mgo又存在易与空气中水分反应产生较大膨胀的缺点，特别是添加在不定形耐火材料中的M90，容易发生水化，造成结构体剥落。此前，抑制Mgo水化的研究较多，但其多是添加低熔物的作法，影响耐火材料性能。不定形材料中加入的Mgo在过热时的水化速度是由M90原料在时效变化初期的水化反应决定的，基于这种认识，日本黑崎播磨公司的研究人员通过碳酸化处理，提高Mgo原料在时效变化初期的抗水化性从而抑制含Mgo不定形耐火材料在于燥时的水化反应。首先对M90微粉的时效变化进行研究。试验分两部分，一是在18 L的罐内装入20 kg Mgo微粉。其化学组成(1#2)为：M
24、；o 95，Si02 2一3CaO l2，不加盖呈半开放状态，放在30、舳湿度的恒温恒湿室内；二是将M90摊在托盘上。厚度20 mill，放在恒温恒湿室内，暴露在窄气中。利用TPD(加热分离法)分析时效变化前后的M90微粉，将试样从Jb 心Htl0删IIA0耐火材料20111室温加热到500时对M90微粉的反应及粘附的物质，以氮气为载体进行质量分析。然后，将时效变化后的Mgo微粉添加到AI，O，浇注料中，外加61的水混练、注模，在20的恒温室内养护24 h。脱模后测鼍尺寸即刻进行釜压处理(条件：6 h、158、06 MPa)，将试验后的试样在110干燥一晚上，测定其膨胀率，研究原料水化反应对干
25、燥时水化反应的影响。TPD测定结果显示，经大气暴露处理的MgO微粉CO：吸附量与处理前相比增加192 wrnolg。时效变化试验后的微粉H：O的化学吸附量虽有增加但其增加量与未经处理的微粉相比明显减少，抑制了水化反应。经喷射破碎处理的微粉CO：吸附彗增加，说明也发生r碳酸化。而且，经过处理后的微粉添加到浇注料中经釜压试验，至少可放置32天没有膨胀。由此可见通过碳酸化处理可改变MgO微粉的时效，明显起到抑制水化的作用。(宋玉海编译自对铝锆碳材料性能影响研究学位论文200910. 辛学祥.张川江.李传福 铝锆碳质耐火材料的性能研究期刊论文-山东陶瓷2009,32(3)引用本文格式：卫忠贤.栗晶晶.刘新红.Wei Zhongxian.Li Jingjing.Liu Xinhong 氮化烧成铝锆碳滑板的研制和使用期刊论文-耐火材料 2011(1)
