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含碳尖晶石-刚玉耐火材料的组成和性能

日期: 2019-07-10
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在研究碳含量达40%(iv)的耐火氧化物材 料时,需要确定原始氧化物成分和石墨的性 能及其物质组成和粒度组成及工艺参数等对 生坯物理性能的影响。随着冶金创新工艺的 发展、不含非金属夹杂物的高性能钢种的开 发,提高了对耐火材料性能和质量的要求, 需要不断开发新型含碳耐火材料

 

对于具有不同的氧化性、还原性和中性 潜力的 AI2O3-MgO-C-B-AI-O;,-N?^ 料中发 生的化学变化和相变化进行试验研究和热力 学研究结果证明,材料中生成或共存有固态 相和气态相。在20~2 250 范围内刚玉和碳 的相互反应后烧成物中有气相的形成。这种 气相物会产生负压进入到空气介质的碳化材 料中。固体物中生成的相参与了碳化物、碳 氧化物或碳硼化物相的合成:

7AIQQ+4A 旧。2 IZAIzQ+AiqC]

4AI+4AI?O3+3C 3AIQQ a-AI2O,+3C 2AI+3CO 2AI+N,2AIN

 

研究添加有BQAIQ3BQBAl的 刚玉和碳(石墨)复合材料的气相成分的变 化,以说明在300-1 600 X:的还原介质中和 1 300-1 500 °C的氧化介质中烧成物中抗氧化 剂的作用。在1 000 °C的还原介质中,混合料 中加入金属AI粉后会形成ALC”加入金属Al粉 和无定形硼后会生成BQAIQ3。在氧化性气 氛中1 530幻时碳全部烧失,而含有AIB的 碳化相会氧化成Al,。:,AIBOao根据X射线荧 光分析结果,在含碳耐火材料中金属AI粉(在 配料中的含量为3%~5% )与碳反应时生成的 ALC,的数量为4%~9%

 

含碳尖晶石-刚玉耐火材料的组成和性能


为了提高制品的抗渣蚀性,阻止熔渣渗 入到耐火材料内部,在其配料中加入 5%~1%镁铝尖晶石。尖晶石-刚玉-碳质 耐火材料的最终配比为(w): AI;:03 84%~ 94%, MgAIA 5%~14%, C<1%,烧成温 度低于1 300 °C时,耐火材料中存在有 4%~6%AIG。高于1 530 PAI.,G在氧化 环境中转变成AI2O3.而当配料中加入氧化镁 后,会转变成MgAIQg

 

结合基质中的含碳成分和石墨的烧失会 产生气孔和降低强度。1 2oo~i 350 r时在气 孔中空气体积有限的条件下会产生对于气相 转变反应有利的条件,生成可提高材料高温 抗折强度的不等轴和ALQ,C相的针状碳 化物和氧碳化物。高于1 400 °C后针状晶相会 转变成等轴晶相,试验证明,金属铝粉和无 定形硼复合添加剂阻止耐火材料中碳相烧失 的效果超过了 BQ添加剂,是最有效的添加 剂。这种复合添加剂在高于1 300 °C的还原气 氛会生成高分散性的BQ

 

含碳的刚玉耐火材料中碳含量不超过 5%时,其抗热震性会跳跃式增长一倍多。在 含碳的刚玉和尖晶石-刚玉耐火材料生产工艺 中使用体积密度低、开口气孔率高(> 12%)、粒度较细的原料会提高制品的透气 性和渣渗透性,提高制品中碳的烧失率。含 碳的尖晶石-刚玉质耐火材料制品的特点是抗 热震性高(24-45标准次)。通过调整耐火 材料中尖晶石和含碳相的数量和比例能够实 现这一目标。

 

批量工业试验的含碳尖晶石-刚玉制品具 有如下指标值:气孔率4%~6%,耐压强度 70%-80%,碳含量5.5%,抗热震性达到 25次,荷软开始温度高于1 730 °C。将 AI?03x MgAIQ,、MgOCAIQ3B,C相的 性能组合在一起在材料中生成新的组织,来 改善耐火材料的物理性能,以满足在热工设 备应用条件下日渐提高的要求。


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