ZrO2-氮化物引入方式對Al2O3-C質(zhì)耐火材料性能的影響.pdf

1、為避免對鋼水的增碳，潔凈鋼生產(chǎn)用Al2O3-C質(zhì)耐火材料正向低碳化和無碳化發(fā)展。但若大幅度降低 Al2O3-C質(zhì)耐火材料中的碳含量，必然導(dǎo)致材料熱震穩(wěn)定性和抗侵蝕性的降低。因此，如何保證 Al2O3-C質(zhì)耐火材料降碳而性能不降低是目前研究的熱點(diǎn)。鑒于ZrO2和氮化物具有抗侵蝕性好、熱震穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，本課題擬采取在 Al2O3-C質(zhì)耐火材料中同時(shí)引入 ZrO2和氮化物的思路，研究ZrO2-氮化物引入方式對 Al2O3-C質(zhì)耐火材料組成、

2、結(jié)構(gòu)與性能的影響，嘗試開發(fā)潔凈鋼冶煉用低碳Al2O3-C質(zhì)耐火材料。
　　目前，在 Al2O3-C質(zhì)耐火材料中引入用天然原料鋯英石通過碳熱還原氮化技術(shù)制備 ZrO2-氮化物復(fù)合粉體的研究已有報(bào)道：ZrO2-氮化物復(fù)合粉體的引入可實(shí)現(xiàn) Al2O3-C質(zhì)耐火材料降低碳含量而性能不下降的目的。本課題針對引入 ZrO2-氮化物復(fù)合粉體存在過程復(fù)雜、熱處理溫度高的問題，提出了通過添加鋯英石利用原位碳熱還原氮化技術(shù)引入ZrO2-氮化物的新思路

3、。
　　在對鋯英石碳熱還原氮化反應(yīng)進(jìn)行熱力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，以鋯英石細(xì)粉（-320目）為原料，在工業(yè)氮化爐中用碳熱還原氮化法批量合成了ZrO2-氮化物復(fù)合粉體。以板狀剛玉為骨料，板狀剛玉細(xì)粉、α-Al2O3微粉、金屬 Al粉、單質(zhì) Si粉、炭黑、鱗片狀石墨、B4C、ZrO2-氮化物復(fù)合粉體和鋯英石細(xì)粉為基質(zhì)，制備了低碳 Al2O3-C質(zhì)耐火材料。分別研究了 ZrO2-氮化物復(fù)合粉體和鋯英石加入量為0％、3%、5%和7%時(shí)對材料性能、

4、組成和結(jié)構(gòu)影響。此外，研究了熱處理溫度和熱處理氣氛對添加5%ZrO2-氮化物復(fù)合粉體的 Al2O3-C質(zhì)耐火材料主要性能的影響。
　　熱力學(xué)分析表明：鋯英石碳熱還原氮化反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)物相的穩(wěn)定存在區(qū)域與反應(yīng)溫度、爐內(nèi)的 CO分壓以及配碳量等因素相關(guān)。通過合理控制這些因素，可以獲得組成分別為 ZrO2-Si2N2O、ZrN-Si2N2O、ZrN-Si3N4等的復(fù)合材料。在工業(yè)氮化爐中批量合成的 ZrO2-氮化物復(fù)合粉體中 m-ZrO2和

5、氮化物的相對含量分別為40-50%和50%，其中氮化物的物相組成主要有：Zr7O8N4（10-20%）、Si2N2O（20%）和ZrN（10%）。
　　加入ZrO2-氮化物復(fù)合粉體后，Al2O3-C質(zhì)耐火材料試樣的抗氧化性和熱震穩(wěn)定性得到了顯著提高，但試樣的熱態(tài)抗折強(qiáng)度先保持不變后略有降低。隨著復(fù)合粉體加入量的增加，試樣的永久線變化率、常溫耐壓強(qiáng)度、常溫抗折強(qiáng)度都得到了不同程度的改善，且當(dāng)復(fù)合粉體加入量為5%時(shí)綜合性能達(dá)到最優(yōu)。引

6、入5%的ZrO2-氮化物復(fù)合粉體時(shí)，降低 Al2O3-C質(zhì)耐火材料的熱處理溫度，改變熱處理氣氛對性能的影響不大。
　　添加鋯英石并經(jīng)1500℃碳熱還原氮化熱處理后，Al2O3-C質(zhì)耐火材料中原位生成了預(yù)期的 ZrO2-氮化物。隨著鋯英石加入量的增大，Al2O3-C質(zhì)耐火材料試樣的抗氧化性得到了顯著提高，氧化層厚度從不加的7.94mm降到加入量為5%時(shí)的2.71mm；熱態(tài)抗折在鋯英石加入量為5%時(shí)達(dá)到最大值15MPa，殘余強(qiáng)度保持率