金屬復合低碳鎂鋁碳材料高溫性能的研究.pdf

1、潔凈鋼的發(fā)展對鋼包用耐火材料提出了更高要求。堿性耐火材料有益于鋼水質(zhì)量,研究金屬復合超低碳MgO-Al2O3-C材料有現(xiàn)實意義。以電熔鎂砂、電熔鎂鋁尖晶石、鋁粉、硅粉、鋅粉及鱗片石墨為主要原料,制備了金屬Al/Si(5-8％)和Al/Zn(6-8％)復合低碳MgO-Al2O3-C兩大系列試樣,研究內(nèi)容主要包括:金屬Al/Si和Al/Zn復合低碳MgO-Al2O3-C材料的高溫抗折強度、熱震穩(wěn)定性、抗氧化性及抗渣性能,同時借助XRD、SE

2、M、EDAX分析了物相組成和顯微結(jié)構(gòu)。
　　結(jié)果表明:1)在低碳MgO-Al2O3-C材料中加入Al/Si和Al/Zn可以顯著提高試樣的高溫抗折強度(1400℃),從3.0MPa提高到了23.0-32.5MPa;強度提高最多的是試樣ASC2(4.5％Al,2.5％Si)和A6Z1(6％Al,1％Zn)。在加入4.5％Al/Si的基礎(chǔ)上再加入SiAlON(1.5-4.5％)時,試樣的高溫抗折強度有一定提高,從11.5MPa提高到19

3、.6MPa;強度提高最多是試樣ASN1(1.5％SiAlON)。2)在低碳MgO-Al2O3-C材料中加入金屬Al/Si和Al/Zn對試樣的抗熱震性(△T=1100℃,風冷1次)有明顯改善。熱震后的殘余強度保持率從60％提高到61-79％。在加入4.5％Al/Si的基礎(chǔ)上再加入1.5-4.5％SiAlON后,殘余強度保持率有較大提高(81-94％)。加入Al/Zn,殘余強度保持率顯著提高。加入1-2％Zn時,殘余強度保持率最佳,高達93

4、-97％。3)加入Al/Si和Al/Zn能提高低碳MgO-Al2O3-C材料的熱機械性能的原因為:Al、Si和Zn在埋碳加熱過程中與C和N2反應(yīng),原位生成了Al4C3、AlN、SiC等非氧化物,填充在方鎂石/尖晶石骨架結(jié)構(gòu)中,并在高溫時形成了非氧化物結(jié)合,起著增強增韌的作用。外加的SiAlON增加了非氧化物的數(shù)量,對提高材料的抗熱震性起到了一定的補充作用。4)在低碳MgO-Al2O3-C材料中加入金屬Al/Si和Al/Zn可以顯著改善材

5、料的抗氧化性。1000℃×3h氧化后,加入4.5％Al,試樣的氧化層厚度為5.6mm。在此基礎(chǔ)上再加入1.5-3.5％Si,氧化層厚度下降至2.9-3.4mm;加入1-2％Zn的試樣抗氧化效果尤為顯著,氧化層厚度降至0.5-1.4mm。試樣經(jīng)1500℃×3h氧化后,氧化層厚度變化規(guī)律與1000℃的一致,但氧化層厚度更薄。如試樣AS2(4.5％Al,2.5％Si)氧化層厚度為1.2mm,試樣A4Z4(4.5％Al,2％Zn),氧化層厚度小

6、于0.1mm。加入Al/Si和Al/Zn能改善材料抗氧化性的原因是:加入的Al、Si和Zn在氧化條件下生成的氧化產(chǎn)物(Al2O3、SiO2和ZnO)與MgO相互反應(yīng),生成了尖晶石(鎂鋁尖晶石和鋅鋁尖晶石)和鎂橄欖石,形成致密的氧化保護層,減緩了氧氣的滲入。1500℃形成的尖晶石和鎂橄欖石較多,而1000℃時只生成較少的尖晶石,因而1500℃的抗氧化性比1000℃的好。5)在低碳MgO-Al2O3-C材料中加入Al/Si和Al/Zn對材料

7、在的1600℃×3h抗渣性有顯著提高。加入Al/Si,試樣的渣蝕厚度從4.8mm降到1.2-1.9mm。在加入4.5％Al/Si的基礎(chǔ)上再加入SiAlON(1.5-4.5％)時,渣蝕厚度從1.9mm降到1.0mm。加入Al/Zn(1-2％Zn)時,試樣的抗渣性提高最明顯,渣蝕厚度降至0.6-1.4mm。加入Al/Si和Al/Zn能改善材料抗渣性的原因為:由于試樣中原位生成的非氧化物對熔渣難潤濕,能很好的抗渣侵蝕;渣蝕過程為非氧化物先被氧