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文章源于科技论文发表网：www.59168.netQQ:100359168Al2O3-C化学性能研究论文：石墨含量对Al2O3-C材料物理化学性能的影响摘要:Al2O3-C材料具有较好的高温性能,广泛应用于连铸功能性耐火材料。为满足洁净钢技术的发展要求,本文研究了石墨含量对Al2O3-C材料物理化学性能的影响。以不同粒度的电熔白刚玉为主要原料,加入SiC微粉和金属Al抗氧化剂,以酚醛树酯为结合剂,研究了石墨含量对不同温度下Al2O3-C材料物理性能及抗渣侵蚀性的影响。结果显示,碳含量的降低,材料的显气孔率下降,体积密度增大,冷态和高温强度增加。不同碳含量的Al2O3-C材料都显示出良好的抗渣侵蚀性能。关键词:Al2O3-C;低碳;耐火材料;物理性能EffectofGraphiteContentonPhysicalandChemicalPropertiesofAl2O3-CRefractoriesAbstract:Al2O3-Crefractorieswithgoodhigh-temperaturepropertieshavebeenwidelyusedasfunctionalelementsincontinuouscastingofstee.lInordertomeetthedemandofcleansteelmaking,theresearchhasbeenconductedontheeffectofcarboncontentonphysicalpropertiesandslagresistanceofAl2O3-Crefractoriesatdifferenttemperature.FusedcorundumofdifferentparticlessizewereusedasstartingmaterialswithadditionofSiCandAlasanti-oxidation文章源于科技论文发表网：www.59168.netQQ:100359168agentandphenolicresinasbinder.Theresultsshowthatwiththedecreaseofcarbon,theapparentporositydecreaseandthebulkdensityincrease.Atthesametime,thecoldandhotstrengthincrease.WhileAl2O3-Crefractorieswithdifferentcarboncontentshowsgoodresistancetoslag.Keywords:alumina-carbon;lowcarbon;refractories;physicalproperties1引言铝碳质耐火材料具有高的强度、良好的抗渣性和热震稳定性等,被广泛地用作连铸水口、滑板等功能部件[1]。近年来,随着连铸、炉外精炼及洁净钢等炼钢新技术发展,不仅对耐火材料的使用性能提出了更高要求,而且还要求耐火材料的含碳量进一步降低,以避免钢液中增碳行为的发生,影响钢的质量[2]。因此,在保证含碳耐火材料高性能的基础上,低碳化成为其发展趋势[3,4]。本文以白刚玉和SiC为骨料,以活性氧化铝、石墨、抗氧化剂为基质,用树脂为结合剂,研究Al2O3-C质材料的热、力学性能,探讨碳含量对不同温度下Al2O3-C材料物理性能和抗渣性能的影响。2实验过程以白刚玉、石墨、SiC为主要原料,加以超细粉α-Al2O3,抗氧化剂采用金属Al粉,以酚醛树脂为结合剂,具体方案如表文章源于科技论文发表网：www.59168.netQQ:1003591681所示。将料称好后,先将细粉加入搅拌机中预混合3~5min,再加入粗颗粒将其混合均匀,在搅拌的过程中加入树脂混合3~5min。混好的料在150MPa的压力下,分别压成Φ36mm×36mm圆柱试样、外径Φ50mm×50mm内径Φ15mm×15mm的坩埚试样以及25mm×25mm×125mm的条形试样。压好的试样在200℃下干燥24h。圆柱试样和条形试样分别在600℃、1200℃和1500℃埋炭热处理3h后,分别测量显气孔率、体积密度、抗折强度和耐压强度。干燥后的坩埚试样在1600℃埋炭气氛下作抗渣性实验,渣采用IF渣系,成份如表2所示;条形试样在1400℃埋炭气氛下作高温抗折强度实验。3结果与讨论3.1不同碳含量Al2O3-C材料的物理性能研究试样A、B、C、D埋炭气氛下,经不同温度处理后的显气孔率和体积密度如图1所示,四种试样的显气孔率都随温度的升高而增大,其体积密度相应减小。石墨在高温下,会与气氛中的氧气形成CO及CO2气体,且石墨与这些气体共存时PO2气压需在10~11Pa以下[5]。因此,尽管试验在埋碳气文章源于科技论文发表网：www.59168.netQQ:100359168氛,但也会不可避免的存在碳的氧化形为,使显气孔率增加,体积密度降低。且随着温度的升高,碳的氧化程度更大,显气孔率随之增加,体积密度随之减小。试样A、B、C、D埋炭气氛下,经不同温度处理后的冷态抗折强度和耐压强度如图2所示。200℃处理后,试样的抗折强度和耐压强度最高,随着温度升高,抗折强度和耐压强度降低。试样A~D的强度主要来源于结合剂酚醛树脂,它对刚玉、石墨等具有良好的润湿能力,其在200℃处理后发生聚合反应形成网络结构而固化,使试样具有最高的强度。当温度升高到600℃时,固化后的网络状树脂发生分解,生成含碳和氢的气体,使得强度大幅降低;同时金属Al溶解成液态,也会降低试样强度。继续升高温度,分解后的树脂会碳化,形成结合碳,使得试样的强度增加。而金属Al会发生反应形成化合物,以及细粉部分发生烧结,这些因素都会导致试样强度的增加。石墨含量对Al2O3-C材料性能的影响十分明显。从图1看,在各个温度点上,随着石墨含量的增加,显气孔率增加,体积密度降低,抗折和耐压强度也随之降低(如图2所示)。由于文章源于科技论文发表网：www.59168.netQQ:100359168石墨呈鳞片状,在Al2O3-C材料中堆积时不能按照层状堆积方式堆积,在压制成型时,致使料中刚玉与石墨之间必然要产生空隙。所以随着碳含量的增加,这种空隙就会越多,使得材料致密性下降,强度随之降低。当碳含量增加到10w%t以上时,显气孔率与体积密度受其含量的影响较小,其原因是石墨的密度较小,此时体积分数占的比重较大,石墨与石墨之间堆积起来,其含量对显气孔率和体积密度影响减小[6]。但当热处理温度高于200℃,由于石墨含量的增加使得Al2O3-C材料更易于氧化,其显气孔率相应增加,体积密度下降,同时强度相应降低。3.2碳含量对Al2O3-C材料高温抗折强度的影响研究将不同碳含量Al2O3-C条形试样埋碳加热到1400℃保温0.5h,测定其高温抗折强度,如图3所示。由图3看出,Al2O3-C材料中碳含量越低,高温抗折强度越大。高温条件下石墨含量越大,被氧化程度越大,致使材料结构疏松,强度下降。由于石墨含量少,Al2O3的含量大,所以形成Al2O3致文章源于科技论文发表网：www.59168.netQQ:100359168密层更加容易,致使材料的高温强度越高。3.3Al2O3-C材料的抗渣性研究Al2O3-C材料坩埚中放入LF渣,在埋碳气氛1600℃下保温3h作抗渣实验,结果如图4所示。不同碳含量的Al2O3-C材料A~D,与渣接触面都较为光滑,未见明显的渣蚀现象,显示较好的抗渣侵蚀性能。在坩埚的底部,四种材料都出现金属铁的圆颗粒,其原因是渣中铁的氧化物成份较高,与Al2O3-C材料接触后,发生铁的还原反应,形成金属铁,在高温下碳对液态的金属铁不润湿,铁液无法渗入耐火材料,因而在底部形成不润湿的圆形。含碳材料中碳含量降低,使钢水/溶渣与材料的润湿性增强,会使材料的抗熔渣及钢水的渗透性变差[3]。本实验中,碳文章源于科技论文发表网：www.59168.netQQ:100359168含量降低到5w%t时,抗渣侵蚀性未见明显下降。其原因是添加金属Al和SiC,金属Al在中低温条件下会形成Al4C3,提高其强度和致密性,使抗渣能力增加。SiC在高温下CO气氛中,会有反应[5]:热力学计算可知,1600K时PCO为0.089个大气压时,反应就会进行。因此,本实验环境中,必然会有碳及SiO2生成。SiO2生成会有体积膨胀,堵塞气孔,减少渣的渗透。碳的生成会弥补碳含量的降低,减小渣对Al2O3-C的润湿,提高材料的抗渣性。4结论(1)Al2O3-C耐火材料,随着温度的升高,显气孔率增大,体积密度减小。且随着碳含量的降低,显气孔率减小,体积密度相应增大;其趋势在碳含量10w%t以上时十分明显;(2)热处理温度为200℃时,酚醛树脂固化使得Al2O3-C材料强度最高;而600℃时,树脂分解使得材料强度最低;温度文章源于科技论文发表网：www.59168.netQQ:100359168继续升高时,树脂碳化及烧结作用存在,强度提高。在各个温度点上,随着碳含量的增加,碳的氧化程度加大,使得强度降低;(3)Al2O3-C材料随着碳含量降低,Al2O3的含量大,Al2O3致密层更易生成,材料的高温强度越高。不同碳含量的Al2O3-C材料都显示出较好的抗渣侵蚀性能。参考文献[1]KhannaR,SpinkJ,SahajwallaV.Roleofashimpuritiesinthedepletionofcarbonfromalumina-graphitemixturesintoliquidiron[J].ISIJInternational,2007,47(2):282-288.[2]KhannaR,RodgersB,McCarthyF,eta.lDissolutionofcarbonfromalumina-carbonmixturesintoliquidiron:Influenceofcarbonaceousmaterials[J].MetallurgicalandMaterialsTransactionsB:ProcessMetallurgyandMaterialsProcessingScience,2006,37(4):623-632.[3]朱伯铨,张文杰.低碳镁碳砖的研究现状与发展[J].武汉科技大学学报,2007,30(3):233-237.[4]王志强,朱伯铨,方斌祥,等.不同粒度的鳞片石墨对低碳镁碳耐火材料性能的影响[J].材料导报,2008,22(9):139-141,144.文章源于科技论文发表网：www.59168.netQQ:100359168[5]山口明良.实用热力学及其在高温陶瓷中的应用[M].武汉:武汉工业大学出版社,1993,11.[6]王志强,朱伯铨,方斌祥,等.B4C和Si组合添加剂对低碳MgO-C砖抗氧化性能的影响[J].耐火材料,2008,42(3):161-164.