ZrO2-氮化物復合粉體的制備及對Al2O3-C耐火制品性能影響初探.pdf

1、因連鑄用含碳耐火材料在潔凈鋼生產(chǎn)中對鋼水有明顯的增碳作用，因此，潔凈鋼生產(chǎn)用耐火材料正向低碳化和無碳化發(fā)展。但Al2O3-C質(zhì)耐火材料之所以具有優(yōu)良的熱震穩(wěn)定性和抗侵蝕性能，主要是因為材料內(nèi)的碳起到了很大作用。因此，降低Al2O3-C質(zhì)耐火材料的碳含量后如何保證抗熱震性的不下降是目前的研究熱點。為此，本課題擬采取在 Al2O3-C質(zhì)耐火材料中同時引入 ZrO2和氮化物的思路，嘗試開發(fā)潔凈鋼冶煉用低碳Al2O3-C質(zhì)耐火材料。
　　

2、針對以純 ZrO2和氮化物為原料制備的 ZrO2-氮化物粉體存在難以混合均勻，資源利用率低等不足，本課題提出了用天然原料鋯英石通過碳熱還原氮化技術制備 ZrO2-氮化物復合粉體的思路。在對鋯英石碳熱還原氮化反應進行熱力學分析的基礎上，以鋯英石細粉（-320目）為原料，高純N2（99.999％）為氮源，系統(tǒng)研究了碳源、配碳量、反應溫度、保溫時間、成型壓力、氮氣流量、以及混料時間等變量對鋯英石碳熱還原氮化反應的影響。然后在氮氣氣氛下用碳熱還

3、原氮化法批量合成了 ZrO2-氮化物復合粉體，研究了 ZrO2-氮化物復合粉體加入量對Al2O3-C質(zhì)耐火材料性能的影響。
　　熱力學分析表明：鋯英石碳熱還原氮化反應時，產(chǎn)物相的穩(wěn)定存在區(qū)域及反應開始溫度與爐內(nèi)的CO分壓和N2分壓相關。通過控制反應溫度、爐內(nèi)的CO分壓和 N2分壓，可以獲得組成不同的復合材料。隨著爐內(nèi) CO分壓的降低和 N2分壓的升高，鋯英石碳熱還原氮化反應的開始溫度逐漸降低。
　　影響因素研究表明：碳源對反

4、應進程影響顯著，其中活性炭最有利于反應的進行。配碳量不僅影響產(chǎn)物相的組成，配碳量增加還會降低反應的開始溫度。反應溫度對產(chǎn)物相的影響顯著；配碳量相同（22%）時，隨著反應溫度的升高，產(chǎn)物相中鋯英石相和 m-ZrO2含量減少，ZrN含量不斷增加，而 Zr7N8O4先增加后減少?；炝蠒r間、氮氣流量和成型壓力越對物相組成影響不大，混料時間越長、氮氣流量越大、成型壓力越小越有利于反應的進行。
　　批量合成的 ZrO2-氮化物復合粉體中 m-

5、ZrO2和氮化物的相對含量分別為30%和70%，其中氮化物的物相組成主要有：Zr7O8N4（30%）、Si2N2O（20-30%），此外還有少量的 ZrN（5%）和β-Si3N4（3%）。加入復合粉體后， 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)抗折強度有所降低。隨著復合粉體加入量的增加，試樣的永久線變化率、體積密度、顯氣孔率、常溫耐壓強度、常溫抗折強度都得到了不同程度的改善，且當復合粉體加入量為5